JP2015519065A - Recombinant metabolic microorganism and use thereof - Google Patents

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Abstract

テルペン類は多種多様な産業に使用される有効な商業産物である。テルペン類は石油化学供給源から産生されてもよく、テレピンなどのテルペン供給原料から産生されてもよい。しかしながら、これらの産生方法は高価であり、持続可能ではなく、およびしばしば気候変動に起因する問題を含む環境問題を引き起こす。微生物発酵はテルペン類の産生の代替的な選択肢を提供する。1つ以上のテルペン類および/または前駆体を、COを含む基質の微生物発酵により産生できる。組み換え微生物をこのような方法に使用してもよい。酸化炭素栄養性酢酸産生組み換え微生物をこのような方法に使用できる。組み換え微生物は、たとえば、外来性のメバロン酸(MVA)経路の酵素および/またはDXS経路の酵素を含んでもよい。【選択図】図1Terpenes are effective commercial products used in a wide variety of industries. Terpenes may be produced from petrochemical sources or from terpene feedstocks such as turpentine. However, these production methods are expensive, not sustainable, and often cause environmental problems including problems due to climate change. Microbial fermentation offers an alternative option for the production of terpenes. One or more terpenes and / or precursors can be produced by microbial fermentation of a substrate containing CO. Recombinant microorganisms may be used in such methods. Carbon-oxide-nutrient acetic acid-producing recombinant microorganisms can be used in such methods. The recombinant microorganism may include, for example, an exogenous mevalonate (MVA) pathway enzyme and / or a DXS pathway enzyme. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、COを含む基質の微生物発酵によるテルペンおよび/またはその前駆体の産生のための組み換え微生物および方法に関する。   The present invention relates to recombinant microorganisms and methods for the production of terpenes and / or precursors thereof by microbial fermentation of substrates containing CO.

テルペン類は、5つの炭素を有するイソプレン単位から構成される天然に存在する化学基質であり、様々な種類に分けられる。テルペン誘導体としては、炭素骨格の酸化もしくは再配置、または多数の官能基追加もしくは再配置により形成され得るテルペノイド類(イソプレノイド類としても知られている)が挙げられる。   Terpenes are naturally occurring chemical substrates composed of isoprene units having 5 carbons and are divided into various types. Terpene derivatives include terpenoids (also known as isoprenoids) that can be formed by oxidation or rearrangement of the carbon skeleton, or addition or rearrangement of multiple functional groups.

テルペン類の例としては、イソプレン(C5ヘミテルペン)、ファルネセン(C15セスキテルペン類)、アーテミシニン(C15セスキテルペン類)、シトラール(C10モノテルペン類)、カロテノイド類(C40テトラテルペン類)、メントール(C10モノテルペン類)、カンファー(C10モノテルペン類)、およびカンナビノイド類が挙げられる。   Examples of terpenes include isoprene (C5 hemiterpenes), farnesene (C15 sesquiterpenes), artemisinin (C15 sesquiterpenes), citral (C10 monoterpenes), carotenoids (C40 tetraterpenes), menthol (C10 mono) Terpenes), camphor (C10 monoterpenes), and cannabinoids.

テルペン類は、多種多様な産業に使用される貴重なな商業産物である。最も多いトン単位でテルペン類が使用されるのは樹脂、溶剤、香水、およびビタミン類としてである。たとえば、イソプレンはたとえばタイヤ産業用の合成ゴム(シス−1,4−ポリイソプレン)の生産に使用され;ファルネセンは輸送に使用されるエネルギー濃縮ドロップイン燃料(drop−in fuel)またはジェット燃料として使用され;アルテミシニンはマラリアの薬剤に使用され;かつシトラール、カロテノイド類、メントール、カンファー、およびカンナビノイド類は医薬品、ブタジエン、および芳香成分の製造に使用される。   Terpenes are valuable commercial products used in a wide variety of industries. Terpenes are used in the most ton units as resins, solvents, perfumes, and vitamins. For example, isoprene is used, for example, in the production of synthetic rubber for the tire industry (cis-1,4-polyisoprene); farnesene is used as an energy-enriched drop-in fuel or jet fuel used in transportation Artemisinin is used in malaria drugs; and citral, carotenoids, menthol, camphor, and cannabinoids are used in the manufacture of pharmaceuticals, butadiene, and aroma components.

テルペン類は石油化学供給源から産生されてもよく、テレピンなどのテルペン供給原料から産生されてもよい。たとえば、イソプレンはナフサまたはエチレン生産の石油分解の副生成物として石油化学的に産生される。多くのテルペン類はまた、天然の供給源から比較的少量抽出される。しかしながら、これらの産生方法は費用がかかり、持続可能ではなく、および多くの場合気候変動への寄与を含む環境問題を引き起こす。   Terpenes may be produced from petrochemical sources or from terpene feedstocks such as turpentine. For example, isoprene is produced petrochemically as a byproduct of naphtha or ethylene production petroleum cracking. Many terpenes are also extracted in relatively small amounts from natural sources. However, these production methods are expensive, are not sustainable and often cause environmental problems including contributions to climate change.

イソプレンの非常に強い可燃性の性質のため、既知の産生方法は、燃焼および爆発の可能性を制限するために大規模なな安全対策を必要とする。   Due to the very strong flammable nature of isoprene, known production methods require extensive safety measures to limit the possibility of combustion and explosion.

本発明の目的は、先行技術の欠点の1つ以上を克服することであり、または公衆にテルペン類および他の関連する産物を産生するための代替手段を少なくとも提供する。   The object of the present invention is to overcome one or more of the disadvantages of the prior art or at least provide the public with alternative means for producing terpenes and other related products.

微生物発酵はテルペン類の産生の代替的な選択肢を提供する。テルペン類は自然界に普遍的に存在しており、たとえば細菌の細胞壁の生合成に関与し、かつUV光の暴露から葉を保護するためいくつかの木(たとえばポプラ)により産生される。しかしながら、全ての細菌が代謝産物としてテルペン類および/またはテルペン類前駆体を産生するために必要な細胞機構を含むわけではない。たとえば、C.autoethanogenumまたはC.ljungdahliiなどの酸化炭素栄養性酢酸産生菌(carboxydotrophic acetogen)は、一酸化炭素を含む基質を発酵させてエタノールなどの産物を産生できるが、代謝産物としてテルペン類および/またはテルペン類の前駆体を全く産生かつ発することがないことが知られている。さらに、大部分の細菌は、商業的に有効なテルペン類を産生しないことが知られている。   Microbial fermentation offers an alternative option for the production of terpenes. Terpenes are ubiquitous in nature, for example involved in bacterial cell wall biosynthesis and are produced by some trees (eg poplar) to protect leaves from UV light exposure. However, not all bacteria contain the cellular machinery necessary to produce terpenes and / or terpene precursors as metabolites. For example, C.I. autoethanogenum or C.I. Carbon oxytrophic acetic acid producers such as ljungdahlii can ferment a substrate containing carbon monoxide to produce products such as ethanol, but do not use terpenes and / or precursors of terpenes as metabolites at all. It is known that it does not produce and emit. Furthermore, most bacteria are known not to produce commercially effective terpenes.

本発明は、特に、COを含む基質の微生物発酵により1つ以上のテルペン類および/またはその前駆体を産生する方法、ならびにこのような方法に使用する組み換え微生物を提供する。   The present invention particularly provides a method for producing one or more terpenes and / or precursors thereof by microbial fermentation of a substrate comprising CO, and a recombinant microorganism for use in such a method.

第1の態様では、本発明は、COを含む基質の発酵により1つ以上のテルペン類および/またはその前駆体ならびに任意に1つ以上の他の産物を産生できる酸化炭素栄養性酢酸産生組み換え微生物を提供する。   In a first aspect, the present invention relates to a recombinant carbon dioxide producing acetic acid-trophic acetic acid capable of producing one or more terpenes and / or precursors thereof and optionally one or more other products by fermentation of a substrate comprising CO. I will provide a.

1つの特定の実施形態では、本微生物は、組み換え微生物をもたらす親微生物中には存在しないメバロン酸(MVA)経路中の1つ以上の酵素(本明細書中で外来性酵素と呼ばれる)を発現するよう適合される。別の実施形態では、本微生物は、組み換え微生物をもたらす親微生物中に存在するメバロン酸(MVA)経路中の1つ以上の酵素(本明細書中で内在性酵素)を過剰発現するよう適合される。   In one particular embodiment, the microorganism expresses one or more enzymes (referred to herein as exogenous enzymes) in the mevalonate (MVA) pathway that are not present in the parental microorganism that results in the recombinant microorganism. Adapted to do. In another embodiment, the microorganism is adapted to overexpress one or more enzymes (endogenous enzymes herein) in the mevalonate (MVA) pathway present in the parental microorganism that results in the recombinant microorganism. The

さらなる実施形態では、本微生物は、
(a)メバロン酸(MVA)経路中の1つ以上の外来性酵素を発現しかつ/またはメバロン酸(MVA)経路中の1つ以上の内在性酵素を過剰発現し;かつ
(b)DXS経路中の1つ以上の外来性酵素を発現しかつ/またはDXS経路中の1つ以上の内在性酵素を過剰発現するよう
適合される。
In a further embodiment, the microorganism is
(A) expresses one or more exogenous enzymes in the mevalonate (MVA) pathway and / or overexpresses one or more endogenous enzymes in the mevalonate (MVA) pathway; and (b) the DXS pathway It is adapted to express one or more exogenous enzymes in and / or to overexpress one or more endogenous enzymes in the DXS pathway.

1つの実施形態では、メバロン酸(MVA)経路由来の1つ以上の酵素は、
a)チオラーゼ(EC 2.3.1.9)
b)HMG−CoAシンターゼ(EC 2.3.3.10)
c)HMG−CoAレダクターゼ(EC 1.1.1.88)
d)メバロン酸キナーゼ(EC 2.7.1.36)
e)ホスホメバロン酸キナーゼ(EC 2.7.4.2)
f)メバロン酸ジホスホデカルボキシラーゼ(EC 4.1.1.33)、および
g)機能的に等価であるそれらのいずれかの変異体
からなる群から選択される。
In one embodiment, the one or more enzymes from the mevalonic acid (MVA) pathway are
a) Thiolase (EC 2.3.1.9)
b) HMG-CoA synthase (EC 2.3.3.10)
c) HMG-CoA reductase (EC 1.1.1.88)
d) Mevalonate kinase (EC 2.7.1.36)
e) Phosphomevalonate kinase (EC 2.7.4.2)
f) selected from the group consisting of mevalonate diphosphodecarboxylase (EC 4.1.1.33), and g) any variant thereof that is functionally equivalent.

さらなる実施形態では、DXS経路由来の1つ以上の酵素は、
a)1−デオキシ−D−キシルロース−5−リン酸シンターゼ DXS(EC:2.2.1.7)、
b)1−デオキシ−D−キシルロース 5−リン酸レダクトイソメラーゼ DXR(EC:1.1.1.267)、
c)2−C−メチル−D−エリスリトール 4−リン酸シチジリルトランスフェラーゼ IspD (EC:2.7.7.60)、
d)4−ジホスホシチジル−2−C−メチル−D−エリスリトール キナーゼ IspE(EC:2.7.1.148)、
e)2−C−メチル−D−エリスリトール 2,4−シクロ二リン酸シンターゼ IspF(EC:4.6.1.12)、
f)4−ヒドロキシ−3−メチルブタ −2−エン−1−イル 二リン酸シンターゼ IspG(EC:1.17.7.1)、
g)4−ヒドロキシ−3−メチルブタ −2−エニル 二リン酸レダクターゼ(EC:1.17.1.2)、および
h)機能的に等価であるそれらのいずれかの変異体
からなる群から選択される。
In a further embodiment, the one or more enzymes from the DXS pathway are
a) 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate synthase DXS (EC: 2.2.1.7),
b) 1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate reductoisomerase DXR (EC: 1.1.1.1267),
c) 2-C-methyl-D-erythritol 4-phosphate cytidylyltransferase IspD (EC: 2.7.7.60),
d) 4-diphosphocytidyl-2-C-methyl-D-erythritol kinase IspE (EC: 2.7.1.1148),
e) 2-C-methyl-D-erythritol 2,4-cyclodiphosphate synthase IspF (EC: 4.6.1.12),
f) 4-hydroxy-3-methylbut-2-en-1-yl diphosphate synthase IspG (EC: 1.1.7.7.1),
g) selected from the group consisting of 4-hydroxy-3-methylbut-2-enyl diphosphate reductase (EC: 1.17.1.2), and h) any variant thereof that is functionally equivalent Is done.

さらなる実施形態では、1つ以上のさらなる外来性酵素または内在性酵素が発現または過剰発現されてテルペン化合物またはその前駆体の産生をもたらし、この発現される外来性酵素または過剰発現する内在性酵素は、
a)ゲラニルトランストランスフェラーゼ(EC: 2.5.1.10)、
b)ヘプタプレニル二リン酸シンターゼ(EC:2.5.1.10)、
c)オクタプレニル−二リン酸シンターゼ(EC:2.5.1.90)、
d)イソプレンシンターゼ(EC 4.2.3.27)、
e)イソペンテニル−二リン酸Δ−イソメラーゼ(EC 5.3.3.2)、
f)ファルネセンシンターゼ(EC 4.2.3.46/EC 4.2.3.47)、および
g)機能的に等価であるそれらのいずれかの変異体
からなる群から選択される。
In a further embodiment, one or more additional exogenous or endogenous enzymes are expressed or overexpressed resulting in the production of a terpene compound or precursor thereof, wherein the expressed exogenous or overexpressed endogenous enzyme is ,
a) geranyltransferase (EC: 2.5.1.10),
b) heptaprenyl diphosphate synthase (EC: 2.5.1.10),
c) Octaprenyl-diphosphate synthase (EC: 2.5.1.90),
d) isoprene synthase (EC 4.2.27),
e) Isopentenyl-diphosphate Δ-isomerase (EC 5.3.3.2),
f) selected from the group consisting of farnesene synthase (EC 4.2.346 / EC 4.2.3.47), and g) any variant thereof that is functionally equivalent.

1つの実施形態では、親微生物は、COを含む基質を発酵してアセチルCoAを産生できるがアセチルCoAをメバロン酸またはイソペンテニルピロリン酸(IPP)に変換できず、かつ組み換え微生物はメバロン酸経路に関与する1つ以上の酵素を発現するよう適合される。   In one embodiment, the parental microorganism can ferment a substrate containing CO to produce acetyl-CoA but cannot convert acetyl-CoA to mevalonate or isopentenyl pyrophosphate (IPP), and the recombinant microorganism enters the mevalonate pathway. Adapted to express one or more enzymes involved.

1つの実施形態では、1つ以上のテルペンおよび/またはその前駆体は、メバロン酸、IPP、ジメチルアリル二リン酸(DMAPP)、イソプレン、ゲラニルピロリン酸(GPP)、ファルネシルピロリン酸(FPP)およびファルネセンから選択される。   In one embodiment, the one or more terpenes and / or precursors thereof are mevalonic acid, IPP, dimethylallyl diphosphate (DMAPP), isoprene, geranyl pyrophosphate (GPP), farnesyl pyrophosphate (FPP) and farnesene. Selected from.

1つの実施形態では、微生物は1つ以上の内在性核酸の発現を増大するよう適合された1つ以上の外来性核酸を含み、かつ1つ以上の内在性核酸は本明細書で前述した酵素の内の1つ以上をコードする。   In one embodiment, the microorganism comprises one or more exogenous nucleic acids adapted to increase the expression of one or more endogenous nucleic acids, and the one or more endogenous nucleic acids are the enzymes previously described herein. Code one or more of.

1つの実施形態では、発現を増大するよう適合された1つ以上の外来性核酸は調節要素である。1つの実施形態では、この調節要素はプロモーターである。1つの実施形態では、このプロモーターは、構成的プロモーターである。1つの実施形態では、このプロモーターは、Wood−Ljungdahlの遺伝子クラスターまたはホスホトランスアセチラーゼ/酢酸キナーゼオペロンプロモーターを含む群から選択される。   In one embodiment, one or more exogenous nucleic acid adapted to increase expression is a regulatory element. In one embodiment, the regulatory element is a promoter. In one embodiment, the promoter is a constitutive promoter. In one embodiment, the promoter is selected from the group comprising the Wood-Ljungdahl gene cluster or the phosphotransacetylase / acetate kinase operon promoter.

1つの実施形態では、微生物は、前述した酵素の内の1つ以上をコードしかつ発現するよう適合され1つ以上の外来性核酸を含む。1つの実施形態では、微生物は、酵素のうち少なくとも2つをコードしかつ発現するよう適合され1つ以上の外来性核酸を含む。他の実施形態では、微生物は、酵素のうち少なくとも3つ、少なくとも4つ、少なくとも5つ、少なくとも6つ、少なくとも7つ、少なくとも8つ、少なくとも9つ以上をコードしかつ発現するよう適合され1つ以上の外来性核酸を含む。   In one embodiment, the microorganism is adapted to encode and express one or more of the aforementioned enzymes and includes one or more exogenous nucleic acids. In one embodiment, the microorganism is adapted to encode and express at least two of the enzymes and includes one or more exogenous nucleic acids. In other embodiments, the microorganism is adapted to encode and express at least 3, at least 4, at least 5, at least 6, at least 7, at least 8, at least 9 or more of the enzymes. Contains one or more exogenous nucleic acids.

1つの実施形態では、1つ以上の外来性核酸は核酸構築物またはベクターであり、1つの特定の実施形態では、上記酵素の1つ以上を任意の組み合わせでコードするプラスミドである。   In one embodiment, the one or more exogenous nucleic acids is a nucleic acid construct or vector, and in one particular embodiment is a plasmid that encodes one or more of the above enzymes in any combination.

1つの実施形態では、外来性核酸は発現プラスミドである。   In one embodiment, the exogenous nucleic acid is an expression plasmid.

1つの特定の実施形態では、親微生物は酸化炭素栄養性酢酸産生細菌の群から選択される。特定の実施形態では、微生物は、Clostridium autoethanogenum、Clostridium ljungdahlii、Clostridium ragsdalei、Clostridium carboxidivorans、Clostridium drakei、Clostridium scatologenes、Clostridium aceticum、Clostridium formicoaceticum、Clostridium magnum、Butyribacterium methylotrophicum、Acetobacterium woodii、Alkalibaculum bacchii、Blautia producta、Eubacterium limosum、Moorella thermoacetica、Moorella thermautotrophica、Sporomusa ovata、Sporomusa silvacetica、Sporomusa sphaeroides、Oxobacter pfennigii、およびThermoanaerobacter kiuviからなる群から選択される。   In one particular embodiment, the parental microorganism is selected from the group of oxytrophic acetic acid producing bacteria. In certain embodiments, the microorganism, Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii, Clostridium ragsdalei, Clostridium carboxidivorans, Clostridium drakei, Clostridium scatologenes, Clostridium aceticum, Clostridium formicoaceticum, Clostridium magnum, Butyribacterium methylotrophicum, Acetobacterium woodii, Alkalibaculum bacchii, Blautia producta, Eubacterium lim Selected from the group consisting of osum, Moorella thermoacetica, Moorella thermoautotropica, Sporumusa ovata, Sporomusa sylvaetica, Sporomusa sphaeroides, Oxobacter pfennigi.

1つの実施形態では、親微生物はClostridium autoethanogenumまたはClostridium ljungdahliiである。1つの特定の実施形態では、微生物はClostridium autoethanogenum DSM23693である。別の特定の実施形態では、微生物はClostridium ljungdahlii DSM13528(またはATCC55383)である。   In one embodiment, the parental microorganism is Clostridium autoethanogenum or Clostridium ljungdahlii. In one particular embodiment, the microorganism is Clostridium autoethanogenum DSM23693. In another specific embodiment, the microorganism is Clostridium ljungdahlii DSM 13528 (or ATCC 55383).

1つの実施形態では、親微生物はDXS経路および/またはメバロン酸(MVA)経路中の1つ以上の遺伝子を欠いている。1つの実施形態では、親微生物は、
a)チオラーゼ(EC 2.3.1.9)、
b)HMG−CoAシンターゼ(EC 2.3.3.10)、
c)HMG−CoAレダクターゼ(EC 1.1.1.88)、
d)メバロン酸キナーゼ(EC 2.7.1.36)、
e)ホスホメバロン酸キナーゼ(EC 2.7.4.2)、
f)ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ(EC 4.1.1.33)、
g)1−デオキシ−D−キシルロース−5−リン酸シンターゼ DXS(EC:2.2.1.7)、
h)1−デオキシ−D−キシルロース 5−リン酸レダクトイソメラーゼ DXR(EC:1.1.1.267)、
i)2−C−メチル−D−エリスリトール 4−リン酸シチジリルトランスフェラーゼ IspD(EC:2.7.7.60)、
j)4−ジホスホシチジル−2−C−メチル−D−エリスリトール キナーゼ IspE(EC:2.7.1.148)、
k)2−C−メチル−D−エリスリトール 2,4−シクロ二リン酸シンターゼ IspF(EC:4.6.1.12)、
l)4−ヒドロキシ−3−メチルブタ −2−エン−1−イル 二リン酸シンターゼ IspG(EC:1.17.7.1)、
m)4−ヒドロキシ−3−メチルブタ −2−エニル 二リン酸レダクターゼ(EC:1.17.1.2)、および
n)機能的に等価であるそれらのいずれかの変異体
からなる群から選択される酵素をコードする1つ以上の遺伝子を欠いている。
In one embodiment, the parental microorganism lacks one or more genes in the DXS pathway and / or the mevalonic acid (MVA) pathway. In one embodiment, the parental microorganism is
a) thiolase (EC 2.3.1.9),
b) HMG-CoA synthase (EC 2.3.3.10),
c) HMG-CoA reductase (EC 1.1.1.88),
d) Mevalonate kinase (EC 2.7.1.36),
e) phosphomevalonate kinase (EC 2.7.4.2),
f) diphosphomevalonate decarboxylase (EC 4.1.1.33),
g) 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate synthase DXS (EC: 2.2.1.7),
h) 1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate reductoisomerase DXR (EC: 1.1.1.1267),
i) 2-C-methyl-D-erythritol 4-phosphate cytidylyltransferase IspD (EC: 2.7.7.60),
j) 4-diphosphocytidyl-2-C-methyl-D-erythritol kinase IspE (EC: 2.7.1.1148),
k) 2-C-methyl-D-erythritol 2,4-cyclodiphosphate synthase IspF (EC: 4.6.1.12),
l) 4-Hydroxy-3-methylbut-2-en-1-yl diphosphate synthase IspG (EC: 1.7.7.7.1),
m) selected from the group consisting of 4-hydroxy-3-methylbut-2-enyl diphosphate reductase (EC: 1.17.1.2), and n) any variant thereof that is functionally equivalent It lacks one or more genes encoding the enzyme to be processed.

第2の態様では、本発明は、微生物中で発現する時微生物がCOを含む基質の発酵により1つ以上のテルペン類および/またはその前駆体を産生することを可能にする、1つ以上の酵素をコードする核酸を提供する。   In a second aspect, the present invention allows one or more terpenes and / or precursors thereof to be produced by fermentation of a substrate comprising CO when expressed in the microorganism. Nucleic acids encoding the enzymes are provided.

1つの実施形態では、核酸は、微生物中で発現する時微生物がCOを含む基質の発酵により1つ以上のテルペン類および/またはその前駆体を産生することを可能にする、2つ以上の酵素をコードする。1つの実施形態では、本発明の核酸は、このような酵素の少なくとも3つ、少なくとも4つ、少なくとも5つ、少なくとも6つ、少なくとも7つ、少なくとも8つ、少なくとも9つ以上をコードする。   In one embodiment, the nucleic acid is one or more enzymes that, when expressed in the microorganism, allow the microorganism to produce one or more terpenes and / or precursors thereof by fermentation of a substrate comprising CO. Code. In one embodiment, the nucleic acids of the invention encode at least 3, at least 4, at least 5, at least 6, at least 7, at least 8, at least 9 or more of such enzymes.

1つの実施形態では、核酸はメバロン酸(MVA)経路中の1つ以上の酵素をコードする。1つの実施形態では、1つ以上の酵素は、
a) チオラーゼ(EC 2.3.1.9)、
b) HMG−CoAシンターゼ(EC 2.3.3.10)、
c) HMG−CoAレダクターゼ(EC 1.1.1.88)、
d) メバロン酸キナーゼ(EC 2.7.1.36)、
e) ホスホメバロン酸キナーゼ(EC 2.7.4.2)、
f) ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ(EC 4.1.1.33)、および
g) 機能的に等価であるそれらのいずれかの変異体
からなる群から選択される。
In one embodiment, the nucleic acid encodes one or more enzymes in the mevalonate (MVA) pathway. In one embodiment, the one or more enzymes are
a) thiolase (EC 2.3.1.9),
b) HMG-CoA synthase (EC 2.3.3.10),
c) HMG-CoA reductase (EC 1.1.1.88),
d) Mevalonate kinase (EC 2.7.1.36),
e) phosphomevalonate kinase (EC 2.7.4.2),
f) selected from the group consisting of diphosphomevalonate decarboxylase (EC 4.1.1.33), and g) any variant thereof that is functionally equivalent.

特定の実施形態では、核酸はチオラーゼ(アセチルCoAc−アセチルトランスフェラーゼであってもよい)、HMG−CoAシンターゼおよびHMG−CoAレダクターゼをコードする。   In certain embodiments, the nucleic acid encodes a thiolase (which may be an acetyl CoAc-acetyltransferase), HMG-CoA synthase, and HMG-CoA reductase.

さらなる実施形態では、核酸はメバロン酸(MVA)経路中の1つ以上の酵素およびDXS経路中の1つ以上のさらなる酵素をコードする。1つの実施形態では、DXS経路由来の1つ以上の酵素は、
a) 1−デオキシ−D−キシルロース−5−リン酸シンターゼ DXS(EC:2.2.1.7)、
b) 1−デオキシ−D−キシルロース 5−リン酸レダクトイソメラーゼ DXR(EC:1.1.1.267)、
c) 2−C−メチル−D−エリスリトール 4−リン酸シチジリルトランスフェラーゼ IspD(EC:2.7.7.60)、
d) 4−ジホスホシチジル−2−C−メチル−D−エリスリトール キナーゼ IspE(EC:2.7.1.148)、
e) 2−C−メチル−D−エリスリトール 2,4−シクロ二リン酸シンターゼ IspF(EC:4.6.1.12)、
f) 4−ヒドロキシ−3−メチルブタ −2−エン−1−イル 二リン酸シンターゼ IspG(EC:1.17.7.1)、
g) 4−ヒドロキシ−3−メチルブタ −2−エニル 二リン酸レダクターゼ(EC:1.17.1.2)、および
h) 機能的に等価であるそれらのいずれかの変異体
からなる群から選択される。
In further embodiments, the nucleic acid encodes one or more enzymes in the mevalonate (MVA) pathway and one or more additional enzymes in the DXS pathway. In one embodiment, the one or more enzymes from the DXS pathway are
a) 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate synthase DXS (EC: 2.2.1.7),
b) 1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate reductoisomerase DXR (EC: 1.1.1.1267),
c) 2-C-methyl-D-erythritol 4-phosphate cytidylyltransferase IspD (EC: 2.7.7.60),
d) 4-diphosphocytidyl-2-C-methyl-D-erythritol kinase IspE (EC: 2.7.1.1148),
e) 2-C-methyl-D-erythritol 2,4-cyclodiphosphate synthase IspF (EC: 4.6.1.12),
f) 4-hydroxy-3-methylbut-2-en-1-yl diphosphate synthase IspG (EC: 1.7.7.7.1),
g) 4-hydroxy-3-methylbut-2-enyl diphosphate reductase (EC: 1.17.1.2), and h) selected from the group consisting of any variant thereof that is functionally equivalent Is done.

さらなる実施形態では、核酸は、発現または過剰発現されてテルペン化合物またはその前駆体の産生をもたらす1つ以上のさらなる外来性または内在性酵素をコードし、発現する外来性核酸または過剰発現する内在性核酸は、
a) ゲラニルトランストランスフェラーゼ Fps(EC:2.5.1.10)、
b) ヘプタプレニル二リン酸シンターゼ(EC:2.5.1.10)、
c) オクタプレニル−二リン酸シンターゼ(EC:2.5.1.90)、
d) イソプレンシンターゼ(EC 4.2.3.27)、
e) イソペンテニル−二リン酸Δ−イソメラーゼ(EC 5.3.3.2)、
f) ファルネセンシンターゼ(EC 4.2.3.46 / EC 4.2.3.47)、および
g) 機能的に等価であるそれらのいずれかの変異体
からなる群から選択される酵素をコードする。
In a further embodiment, the nucleic acid encodes or expresses an exogenous nucleic acid or overexpressed endogenous that encodes or expresses one or more additional exogenous or endogenous enzymes that are expressed or overexpressed resulting in the production of a terpene compound or precursor thereof. Nucleic acids
a) Geranyltransferase Fps (EC: 2.5.1.10),
b) heptaprenyl diphosphate synthase (EC: 2.5.1.10),
c) Octaprenyl-diphosphate synthase (EC: 2.5.1.90),
d) isoprene synthase (EC 4.2.2.37),
e) Isopentenyl-diphosphate Δ-isomerase (EC 5.3.3.2),
f) an enzyme selected from the group consisting of farnesene synthase (EC 4.2.346 / EC 4.2.3.4) and any variant thereof that is functionally equivalent Code.

1つの実施形態では、チオラーゼ(EC 2.3.1.9)をコードする核酸は配列番号40の配列を有するか機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the nucleic acid encoding a thiolase (EC 2.3.1.9) has the sequence of SEQ ID NO: 40 or is a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、チオラーゼ(EC 2.3.1.9)をコードする核酸は、配列番号41の配列を有するか機能的に等価なその変異体であるアセチルCoA c−アセチルトランスフェラーゼである。   In one embodiment, the nucleic acid encoding a thiolase (EC 2.3.1.9) is an acetyl CoA c-acetyltransferase having the sequence of SEQ ID NO: 41 or a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、HMG−CoAシンターゼ(EC 2.3.3.10)をコードする核酸は配列番号42の配列を有するか機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the nucleic acid encoding HMG-CoA synthase (EC 2.3.3.10) has the sequence of SEQ ID NO: 42 or is a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、HMG−CoAレダクターゼ(EC 1.1.1.88)をコードする核酸は配列番号43の配列を有するか機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the nucleic acid encoding HMG-CoA reductase (EC 1.1.1.88) has the sequence of SEQ ID NO: 43 or is a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、メバロン酸キナーゼ(EC 2.7.1.36)をコードする核酸は配列番号51の配列を有するか機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the nucleic acid encoding mevalonate kinase (EC 2.7.1.36) has the sequence of SEQ ID NO: 51 or is a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、ホスホメバロン酸キナーゼ(EC 2.7.4.2)をコードする核酸は配列番号52の配列を有するか機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the nucleic acid encoding phosphomevalonate kinase (EC 2.7.4.2) has the sequence of SEQ ID NO: 52 or is a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ(EC 4.1.1.33)をコードする核酸は配列番号53の配列を有するか機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the nucleic acid encoding diphosphomevalonate decarboxylase (EC 4.1.1.13) has the sequence of SEQ ID NO: 53 or is a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、1−デオキシ−D−キシルロース−5−リン酸シンターゼ DXS(EC:2.2.1.7)をコードする核酸は配列番号1の配列を有するか機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the nucleic acid encoding 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate synthase DXS (EC: 2.2.1.7) has the sequence of SEQ ID NO: 1 or is functionally equivalent thereof It is a mutant.

1つの実施形態では、1−デオキシ−D−キシルロース 5−リン酸レダクトイソメラーゼ DXR(EC:1.1.1.267)をコードする核酸は配列番号3の配列を有するか機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the nucleic acid encoding 1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate reductoisomerase DXR (EC: 1.1.1.1267) has the sequence of SEQ ID NO: 3 or is functionally equivalent It is a mutant.

1つの実施形態では、2−C−メチル−D−エリスリトール 4−リン酸シチジリルトランスフェラーゼ IspD(EC:2.7.7.60)をコードする核酸は配列番号5の配列を有するか機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the nucleic acid encoding 2-C-methyl-D-erythritol 4-phosphate cytidylyltransferase IspD (EC: 2.7.7.60) has the sequence of SEQ ID NO: 5 or is functional It is a variant equivalent to.

1つの実施形態では、4−ジホスホシチジル−2−C−メチル−D−エリスリトール キナーゼ IspE(EC:2.7.1.148)をコードする核酸は配列番号7の配列を有するか機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the nucleic acid encoding 4-diphosphocytidyl-2-C-methyl-D-erythritol kinase IspE (EC: 2.7.1.1148) has the sequence of SEQ ID NO: 7 or is functionally equivalent It is a mutant.

1つの実施形態では、2−C−メチル−D−エリスリトール 2,4−シクロ二リン酸シンターゼ IspF(EC:4.6.1.12)をコードする核酸は配列番号9の配列を有するか機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the nucleic acid encoding 2-C-methyl-D-erythritol 2,4-cyclodiphosphate synthase IspF (EC: 4.6.1.12) has the sequence of SEQ ID NO: 9 or is functional Is its equivalent.

1つの実施形態では、4−ヒドロキシ−3−メチルブタ −2−エン−1−イル 二リン酸シンターゼ IspG(EC:1.17.7.1)をコードする核酸は配列番号11の配列を有するか機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the nucleic acid encoding 4-hydroxy-3-methylbut-2-en-1-yl diphosphate synthase IspG (EC: 1.7.7.7.1) has the sequence of SEQ ID NO: 11 It is a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、4−ヒドロキシ−3−メチルブタ −2−エニル 二リン酸レダクターゼ(EC:1.17.1.2)をコードする核酸は配列番号13の配列を有するか機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the nucleic acid encoding 4-hydroxy-3-methylbut-2-enyl diphosphate reductase (EC: 1.17.1.2) has the sequence of SEQ ID NO: 13 or is functionally equivalent It is a mutant.

1つの実施形態では、ゲラニルトランストランスフェラーゼ Fpsをコードする核酸は配列番号15の配列を有するか、機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the nucleic acid encoding geranyltransferase Fps has the sequence of SEQ ID NO: 15, or a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、ヘプタプレニル二リン酸シンターゼをコードする核酸は配列番号17の配列を有するか、機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the nucleic acid encoding heptaprenyl diphosphate synthase has the sequence of SEQ ID NO: 17, or a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、オクタプレニル−二リン酸シンターゼがポリプレニルシンテターゼであるオクタプレニル−二リン酸シンターゼ(EC:2.5.1.90)をコードする核酸は、配列番号19の配列によりコードされるか、機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the nucleic acid encoding octaprenyl-diphosphate synthase (EC: 2.5.1.90), wherein the octaprenyl-diphosphate synthase is a polyprenyl synthetase, is encoded by the sequence of SEQ ID NO: 19. Or a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、イソプレンシンターゼ(ispS)をコードする核酸は配列番号21の配列を有するか、機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the nucleic acid encoding isoprene synthase (ispS) has the sequence of SEQ ID NO: 21, or a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、イソペンテニル−二リン酸デルタ−イソメラーゼ(idi)をコードする核酸は配列番号54の配列を有するか、機能的に等価な変異体である。   In one embodiment, the nucleic acid encoding isopentenyl-diphosphate delta-isomerase (idi) has the sequence of SEQ ID NO: 54 or is a functionally equivalent variant.

1つの実施形態では、ファルネセンシンターゼをコードする核酸は、配列番号57の配列を有するか、機能的に等価な変異体である。   In one embodiment, the nucleic acid encoding farnesene synthase has the sequence of SEQ ID NO: 57 or is a functionally equivalent variant.

1つの実施形態では、核酸は、以下の酵素
a) イソプレンシンターゼ;
b) イソペンテニル−二リン酸Δ−イソメラーゼ(idi);
c) 1−デオキシ−D−キシルロース−5−リン酸シンターゼ DXS;
または機能的に等価なそれらの変異体
をコードする。
In one embodiment, the nucleic acid comprises the following enzymes a) isoprene synthase;
b) Isopentenyl-diphosphate Δ-isomerase (idi);
c) 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate synthase DXS;
Or encode functionally equivalent variants thereof.

1つの実施形態では、核酸は、以下の酵素
a) チオラーゼ;
b) HMG−CoAシンターゼ;
c) HMG−CoAレダクターゼ;
d) メバロン酸キナーゼ;
e) ホスホメバロン酸キナーゼ;
f) ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ;
g) イソペンテニル−二リン酸Δ−イソメラーゼ(idi);および
h) イソプレンシンターゼ;
または機能的に等価なそれらの変異体
をコードする。
In one embodiment, the nucleic acid comprises the following enzymes a) thiolase;
b) HMG-CoA synthase;
c) HMG-CoA reductase;
d) mevalonate kinase;
e) phosphomevalonate kinase;
f) diphosphomevalonate decarboxylase;
g) isopentenyl-diphosphate Δ-isomerase (idi); and h) isoprene synthase;
Or encode functionally equivalent variants thereof.

1つの実施形態では、核酸は、以下の酵素
a) ゲラニルトランストランスフェラーゼ Fps;および
b) ファルネセンシンターゼ
または機能的に等価なそれらの変異体
をコードする。
In one embodiment, the nucleic acid encodes the following enzymes: a) geranyltransferase Fps; and b) farnesene synthase or a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、本発明の核酸はプロモーターをさらに含む。1つの実施形態では、プロモーターはその制御下で遺伝子の構成的発現を可能にする。特定の実施形態では、Wood−Ljungdahl clusterプロモーターを使用する。別の特定の実施形態では、ホスホトランスアセチラーゼ/酢酸キナーゼオペロンプロモーターを使用する。1つの特定の実施形態では、プロモーターはC.autoethanogenum由来である。   In one embodiment, the nucleic acid of the invention further comprises a promoter. In one embodiment, the promoter allows constitutive expression of the gene under its control. In certain embodiments, the Wood-Ljungdahl cluster promoter is used. In another specific embodiment, a phosphotransacetylase / acetate kinase operon promoter is used. In one particular embodiment, the promoter is C.I. It is derived from autoethanogenum.

第3の態様では、本発明は、第2の態様の1つ以上の核酸を含む核酸構築物またはベクターを提供する。   In a third aspect, the present invention provides a nucleic acid construct or vector comprising one or more nucleic acids of the second aspect.

1つの特定の実施形態では、核酸構築物またはベクターは発現構築物または発現ベクターである。1つの特定の実施形態では、発現構築物または発現ベクターはプラスミドである。   In one particular embodiment, the nucleic acid construct or vector is an expression construct or expression vector. In one particular embodiment, the expression construct or expression vector is a plasmid.

第4の態様では、本発明は、第2の態様の核酸または第3の態様のベクターもしくは構築物のうちのいずれか1つ以上を含む宿主生物を提供する。   In a fourth aspect, the present invention provides a host organism comprising any one or more of the nucleic acid of the second aspect or the vector or construct of the third aspect.

第5の態様では、本発明は、本発明の第3の態様に記載の発現構築物またはベクター、およびメチル化構築物またはベクターを含む組成物を提供する。   In a fifth aspect, the present invention provides a composition comprising an expression construct or vector according to the third aspect of the invention and a methylation construct or vector.

好ましくは、組成物は本発明の第1の態様に係る組み換え微生物を産生できる。   Preferably, the composition is capable of producing a recombinant microorganism according to the first aspect of the invention.

1つの特定の実施形態では、発現構築物/ベクターおよび/またはメチル化構築物/ベクターはプラスミドである。   In one particular embodiment, the expression construct / vector and / or methylation construct / vector is a plasmid.

第6の態様では、本発明は、本発明の第1の態様の組み換え微生物を使用して、COを含む基質を発酵することを含む微生物発酵による、1つ以上のテルペン類および/またはその前駆体および任意に1つ以上の他の産生物の産生方法を提供する。   In a sixth aspect, the present invention provides one or more terpenes and / or precursors thereof by microbial fermentation comprising fermenting a substrate comprising CO using the recombinant microorganism of the first aspect of the present invention. Methods of producing the body and optionally one or more other products are provided.

1つの実施形態では、本方法は、
(a)本発明の第1の態様の1つ以上の微生物の培養物を含む生物反応器にCOを含む基質を提供するステップ;および
(b)生物反応器中の培養物を嫌気的に発酵して少なくとも1つのテルペンおよび/またはその前駆体を産生するステップ
を含む。
In one embodiment, the method comprises:
(A) providing a substrate comprising CO to a bioreactor comprising a culture of one or more microorganisms of the first aspect of the invention; and (b) anaerobically fermenting the culture in the bioreactor. Producing at least one terpene and / or precursor thereof.

1つの実施形態では、本方法は、
(a)工業的工程の結果として生成したCO含有気体を補足するステップ;
(b)本発明の第1の態様の1つ以上の微生物を含む培養によりこのCO含有気体を嫌気的に発酵して少なくとも1つのテルペンおよび/またはその前駆体を産生するステップ
を含む。
In one embodiment, the method comprises:
(A) supplementing the CO-containing gas produced as a result of the industrial process;
(B) anaerobically fermenting this CO-containing gas by culturing with one or more microorganisms of the first aspect of the invention to produce at least one terpene and / or precursor thereof.

本方法の態様の特定の実施形態では、微生物は水性培養媒体中で維持される。   In certain embodiments of the method aspects, the microorganism is maintained in an aqueous culture medium.

本方法の態様の特定の実施形態では、基質の発酵は生物反応器中で行われる。   In a particular embodiment of this method aspect, the fermentation of the substrate takes place in a bioreactor.

1つの実施形態では、1つ以上のテルペンおよび/またはその前駆体は、メバロン酸、IPP、ジメチルアリル二リン酸(DMAPP)、イソプレン、ゲラニルピロリン酸(GPP)、ファルネシルピロリン酸(FPP)およびファルネセンから選択される。   In one embodiment, the one or more terpenes and / or precursors thereof are mevalonic acid, IPP, dimethylallyl diphosphate (DMAPP), isoprene, geranyl pyrophosphate (GPP), farnesyl pyrophosphate (FPP) and farnesene. Selected from.

好ましくは、Coを含む基質はCOを含む気体の基質である。1つの実施形態では、基質は工業廃ガスを含む。特定の実施形態では、気体は製鋼所の排ガスまたは合成ガスである。   Preferably, the substrate containing Co is a gaseous substrate containing CO. In one embodiment, the substrate comprises industrial waste gas. In certain embodiments, the gas is steel mill exhaust gas or synthesis gas.

1つの実施形態では、基質は、概して、少なくとも約20容量%〜約100容量%のCO、約20容量%〜約70容量%のCO、約30容量%〜約60容量%のCO、および約40〜55容量%のCOなどの、COの主要比率を含む。特定の実施形態では、基質は約25容量%、または約30容量%、または約35容量%、または約40容量%、または約45容量%、または約50容量%、または約55容量%、または約60容量%のCOを含む。   In one embodiment, the substrate is generally at least about 20 volume% to about 100 volume% CO, about 20 volume% to about 70 volume% CO, about 30 volume% to about 60 volume% CO, and about Includes major proportions of CO, such as 40-55 vol% CO. In certain embodiments, the substrate is about 25%, or about 30%, or about 35%, or about 40%, or about 45%, or about 50%, or about 55%, or Contains about 60% CO by volume.

ある実施形態では、本方法は、発酵ブロスからテルペンまたはその前駆体および任意に1つ以上の他の産物を回収するステップをさらに含む。   In certain embodiments, the method further comprises recovering the terpene or precursor thereof and optionally one or more other products from the fermentation broth.

第7の態様では、本発明は、第6の態様の方法により産生される際の1つ以上のテルペンおよび/またはその前駆体を提供する。1つの実施形態では、1つ以上のテルペンおよび/またはその前駆体は、メバロン酸、IPP、ジメチルアリル二リン酸(DMAPP)、イソプレン、ゲラニルピロリン酸(GPP)、ファルネシルピロリン酸(FPP)およびファルネセンからなる群から選択される。   In a seventh aspect, the present invention provides one or more terpenes and / or precursors thereof when produced by the method of the sixth aspect. In one embodiment, the one or more terpenes and / or precursors thereof are mevalonic acid, IPP, dimethylallyl diphosphate (DMAPP), isoprene, geranyl pyrophosphate (GPP), farnesyl pyrophosphate (FPP) and farnesene. Selected from the group consisting of

別の態様では、本発明は、本発明の第1の態様の微生物の産生方法であって、COを含む基質の発酵により微生物が1つ以上のテルペン類および/またはその前駆体ならびに任意に1つ以上の他の産物を産生できるまたはそれらの産生を増大できるよう、1つ以上の核酸を導入することにより、酸化炭素栄養性酢酸産生微生物を形質転換することを含み、親微生物はCOを含む発酵による1つ以上のテルペンおよび/または前駆体を産生できない、または低レベルで産生する、方法を提供する。   In another aspect, the invention provides a method of producing a microorganism according to the first aspect of the invention, wherein the microorganism is fermented with a substrate comprising CO, wherein the microorganism is one or more terpenes and / or precursors thereof and optionally 1 Transforming a oxytrophic acetic acid-producing microorganism by introducing one or more nucleic acids so that one or more other products can be produced or increased, and the parental microorganism comprises CO A method is provided wherein one or more terpenes and / or precursors from fermentation cannot be produced or are produced at low levels.

1つの特定の実施形態では、親微生物は、メバロン酸(MVA)経路および任意でDXS経路中の1つ以上の酵素を発現するよう適合され1つ以上の外来性核酸を導入することにより形質転換される。別の実施形態では、親微生物は、親微生物中に天然に存在するメバロン酸(MVA)経路および任意でDXS経路の1つ以上の酵素を過剰発現するよう適合され1つ以上の核酸を用いて形質転換される。   In one particular embodiment, the parental microorganism is transformed by introducing one or more exogenous nucleic acids adapted to express one or more enzymes in the mevalonate (MVA) pathway and optionally the DXS pathway. Is done. In another embodiment, the parental microorganism is adapted to overexpress one or more enzymes of the mevalonate (MVA) pathway and optionally the DXS pathway that are naturally present in the parental microorganism, using one or more nucleic acids. Transformed.

ある実施形態では、1つ以上の酵素は本明細書に前述した酵素である。   In certain embodiments, the one or more enzymes are the enzymes previously described herein.

1つの実施形態では、単離され遺伝的に改変されている酸化炭素栄養性酢酸産生細菌が提供され、細菌はメバロン酸経路またはDXS経路またはテルペン生合成経路中の酵素をコードする外来性核酸を含み、それにより細菌は酵素を発現する。酵素は、
a) チオラーゼ(EC 2.3.1.9);
b) HMG−CoAシンターゼ(EC 2.3.3.10);
c) HMG−CoAレダクターゼ(EC 1.1.1.88);
d) メバロン酸キナーゼ(EC 2.7.1.36);
e) ホスホメバロン酸キナーゼ(EC 2.7.4.2);
f) ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ(EC 4.1.1.33);1−デオキシ−D−キシルロース−5−リン酸シンターゼ DXS(EC:2.2.1.7);
g) 1−デオキシ−D−キシルロース 5−リン酸レダクトイソメラーゼ DXR(EC:1.1.1.267);
h) 2−C−メチル−D−エリスリトール 4−リン酸シチジリルトランスフェラーゼ IspD(EC:2.7.7.60);
i) 4−ジホスホシチジル−2−C−メチル−D−エリスリトール キナーゼ IspE(EC:2.7.1.148);
j) 2−C−メチル−D−エリスリトール 2;4−シクロ二リン酸シンターゼ IspF(EC:4.6.1.12);
k) 4−ヒドロキシ−3−メチルブタ −2−エン−1−イル 二リン酸シンターゼ IspG(EC:1.17.7.1);
l) 4−ヒドロキシ−3−メチルブタ −2−エニル 二リン酸レダクターゼ(EC:1.17.1.2);ゲラニルトランストランスフェラーゼ Fps(EC:2.5.1.10);
m) ヘプタプレニル二リン酸シンターゼ(EC:2.5.1.10);
n) オクタプレニル−二リン酸シンターゼ(EC:2.5.1.90);
o) イソプレンシンターゼ(EC 4.2.3.27);
p) イソペンテニル−二リン酸Δ−イソメラーゼ(EC 5.3.3.2);および
q) ファルネセンシンターゼ(EC 4.2.3.46 / EC 4.2.3.
47)
からなる群から選択される。
In one embodiment, an isolated and genetically modified oxytrophic acetic acid producing bacterium is provided, wherein the bacterium has an exogenous nucleic acid encoding an enzyme in the mevalonate pathway or DXS pathway or terpene biosynthesis pathway. And thereby the bacteria express the enzyme. The enzyme
a) thiolase (EC 2.3.1.9);
b) HMG-CoA synthase (EC 2.3.3.10);
c) HMG-CoA reductase (EC 1.1.1.88);
d) Mevalonate kinase (EC 2.7.1.36);
e) Phosphomevalonate kinase (EC 2.7.4.2);
f) Diphosphomevalonate decarboxylase (EC 4.1.1.33); 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate synthase DXS (EC: 2.2.1.7);
g) 1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate reductoisomerase DXR (EC: 1.1.1.1267);
h) 2-C-methyl-D-erythritol 4-phosphate cytidylyltransferase IspD (EC: 2.7.7.60);
i) 4-diphosphocytidyl-2-C-methyl-D-erythritol kinase IspE (EC: 2.7.1.1148);
j) 2-C-methyl-D-erythritol 2; 4-cyclodiphosphate synthase IspF (EC: 4.6.1.12);
k) 4-hydroxy-3-methylbut-2-en-1-yl diphosphate synthase IspG (EC: 1.7.7.7.1);
l) 4-hydroxy-3-methylbut-2-enyl diphosphate reductase (EC: 1.17.1.2); geranyl transferase Fps (EC: 2.5.1.10);
m) heptaprenyl diphosphate synthase (EC: 2.5.1.10);
n) Octaprenyl-diphosphate synthase (EC: 2.5.1.90);
o) Isoprene synthase (EC 4.2.27);
p) isopentenyl-diphosphate Δ-isomerase (EC 5.3.3.2); and
q) Farnesene synthase (EC 4.2.3.46 / EC 4.2.3.
47)
Selected from the group consisting of

いくつかの態様では、細菌は前記核酸の不在下では酵素を発現しない。いくつかの態様では、細菌は嫌気条件下で酵素を発現する。   In some embodiments, the bacterium does not express the enzyme in the absence of the nucleic acid. In some embodiments, the bacterium expresses the enzyme under anaerobic conditions.

1つの実施形態は、酸化炭素栄養性酢酸産生細菌中で複製できるプラスミドを提供する。プラスミドは、メバロン酸経路またはDXS経路またはテルペン生合成経路中の酵素をコードする核酸を含み、それによりプラスミドが細菌中に存在する際、酵素が前記細菌により発現される、核酸。酵素は、
a) チオラーゼ(EC 2.3.1.9);
b) HMG−CoAシンターゼ(EC 2.3.3.10);
c) HMG−CoAレダクターゼ(EC 1.1.1.88);
d) メバロン酸キナーゼ(EC 2.7.1.36);
e) ホスホメバロン酸キナーゼ(EC 2.7.4.2);
f) ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ(EC 4.1.1.33);1−デオキシ−D−キシルロース−5−リン酸シンターゼ DXS(EC:2.2.1.7);
g) 1−デオキシ−D−キシルロース 5−リン酸レダクトイソメラーゼ DXR(EC:1.1.1.267);
h) 2−C−メチル−D−エリスリトール 4−リン酸シチジリルトランスフェラーゼ IspD(EC:2.7.7.60);
i) 4−ジホスホシチジル−2−C−メチル−D−エリスリトール キナーゼ IspE(EC:2.7.1.148);
j) 2−C−メチル−D−エリスリトール 2;4−シクロ二リン酸シンターゼ IspF(EC:4.6.1.12);
k) 4−ヒドロキシ−3−メチルブタ −2−エン−1−イル 二リン酸シンターゼ IspG(EC:1.17.7.1);
l) 4−ヒドロキシ−3−メチルブタ −2−エニル 二リン酸レダクターゼ(EC:1.17.1.2);ゲラニルトランストランスフェラーゼ Fps(EC:2.5.1.10);
m) ヘプタプレニル二リン酸シンターゼ(EC:2.5.1.10);
n) オクタプレニル−二リン酸シンターゼ(EC:2.5.1.90);
o) イソプレンシンターゼ(EC 4.2.3.27);
p) イソペンテニル−二リン酸Δ−イソメラーゼ(EC 5.3.3.2);および
q) ファルネセンシンターゼ(EC 4.2.3.46 / EC 4.2.3.47)
からなる群から選択される。
One embodiment provides a plasmid that is capable of replicating in oxytrophic acetic acid producing bacteria. A plasmid comprises a nucleic acid encoding an enzyme in the mevalonate pathway or DXS pathway or terpene biosynthetic pathway, whereby the enzyme is expressed by the bacterium when the plasmid is present in the bacterium. The enzyme
a) thiolase (EC 2.3.1.9);
b) HMG-CoA synthase (EC 2.3.3.10);
c) HMG-CoA reductase (EC 1.1.1.88);
d) Mevalonate kinase (EC 2.7.1.36);
e) Phosphomevalonate kinase (EC 2.7.4.2);
f) Diphosphomevalonate decarboxylase (EC 4.1.1.33); 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate synthase DXS (EC: 2.2.1.7);
g) 1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate reductoisomerase DXR (EC: 1.1.1.1267);
h) 2-C-methyl-D-erythritol 4-phosphate cytidylyltransferase IspD (EC: 2.7.7.60);
i) 4-diphosphocytidyl-2-C-methyl-D-erythritol kinase IspE (EC: 2.7.1.1148);
j) 2-C-methyl-D-erythritol 2; 4-cyclodiphosphate synthase IspF (EC: 4.6.1.12);
k) 4-hydroxy-3-methylbut-2-en-1-yl diphosphate synthase IspG (EC: 1.7.7.7.1);
l) 4-hydroxy-3-methylbut-2-enyl diphosphate reductase (EC: 1.17.1.2); geranyl transferase Fps (EC: 2.5.1.10);
m) heptaprenyl diphosphate synthase (EC: 2.5.1.10);
n) Octaprenyl-diphosphate synthase (EC: 2.5.1.90);
o) Isoprene synthase (EC 4.2.27);
p) Isopentenyl-diphosphate Δ-isomerase (EC 5.3.3.2); and q) Farnesene synthase (EC 4.2.3.4/EC 4.2.3.4)
Selected from the group consisting of

別の実施形態では、COおよび/またはCOをイソプレンに変換する工程が提供される。工程は、細菌がCOおよび/またはCOをイソプレンに変換するように、
培養媒体中の酸化炭素栄養性の酢酸産生細菌の培養物を含む生物反応器に気体のCO含有基質および/またはCO含有基質を通すことと、生物反応器からイソプレンを回収することとを含む。酸化炭素栄養性の酢酸産生細菌はイソプレンシンターゼを発現するよう遺伝的に改変される。
In another embodiment, a step of converting CO and / or CO 2 to isoprene is provided. The process is such that the bacterium converts CO and / or CO 2 to isoprene.
Includes passing the biological reactor CO-containing substrate and / or CO 2 containing substrate of a gas containing a culture of carbon oxides nutritional acetate-producing bacteria in the culture medium, and recovering the isoprene from the bioreactor . Carbon-oxide-trophic acetic acid-producing bacteria are genetically modified to express isoprene synthase.

別の実施形態では、イソプレンシンターゼをコードする核酸を含む、単離され遺伝的に改変されている酸化炭素栄養性酢酸産生細菌を提供する。細菌はイソプレンシンターゼを発現し、かつ細菌はジメチルアリル二リン酸(imethylallyldiphosphate)をイソプレンに変換できる。1つの態様では、イソプレンシンターゼはPopulus tremuloidesの酵素である。別の態様では、核酸は最適化されたコドンである。さらに別の態様では、イソプレンシンターゼの発現はClostridium autoethanogenum由来のピルビン酸:フェレドキシンオキシドレダクターゼの遺伝子のプロモーターの転写制御下にある。   In another embodiment, an isolated and genetically modified oxytrophic acetic acid producing bacterium comprising a nucleic acid encoding isoprene synthase is provided. Bacteria express isoprene synthase and bacteria can convert dimethylallyl diphosphate to isoprene. In one aspect, the isoprene synthase is a Populus tremuloides enzyme. In another aspect, the nucleic acid is an optimized codon. In yet another embodiment, the expression of isoprene synthase is under transcriptional control of the promoter of the pyruvate: ferredoxin oxidoreductase gene from Clostridium autoethanogenum.

別の実施形態は、COおよび/またはCOをイソペンチル二リン酸(IPP)に変換する工程を提供する。工程は、細菌がCOおよび/またはCOをイソペンチル二リン酸(IPP)に変換するように、培養媒体中の酸化炭素栄養性の酢酸産生細菌の培養液を含む生物反応器に気体のCO含有基質および/またはCO含有基質を通すことと、生物反応器からIPPを回収することとを含む。酸化炭素栄養性の酢酸産生細菌はイソプレン二リン酸Δイソメラーゼを発現するよう遺伝的に改変されている。 Another embodiment provides for converting CO and / or CO 2 to isopentyl diphosphate (IPP). The process involves the inclusion of gaseous CO in a bioreactor containing a culture of oxytrophic acetic acid producing bacteria in a culture medium so that the bacteria convert CO and / or CO 2 to isopentyl diphosphate (IPP). includes passing the substrate and / or CO 2 containing substrate, and recovering the IPP from the bioreactor. Carbon oxide-trophic acetic acid producing bacteria have been genetically modified to express isoprene diphosphate Δisomerase.

さらなる別の実施形態は、イソペンチル二リン酸Δイソメラーゼをコードする核酸を含む、単離され遺伝的に改変されている酸化炭素栄養性酢酸産生細菌を提供する。細菌は、イソペンチル二リン酸Δイソメラーゼを発現し、かつ細菌はジメチルアリル二リン酸塩をイソペンチルジリン酸塩に変換できる。いくつかの態様では、核酸は、Clostridium beijerinckiiのイソペンチル二リン酸Δ イソメラーゼをコードする。xxx missing linexx。他の態様では、核酸はClostridium autoethanogenumおよびイソプレンシンターゼをコードする第2の核酸の下流由来のピルビン酸:フェレドキシンオキシドレダクターゼ遺伝子のプロモーターの転写制御下にある。   Yet another embodiment provides an isolated and genetically modified oxytrophic acetic acid producing bacterium comprising a nucleic acid encoding isopentyl diphosphate Δisomerase. Bacteria express isopentyl diphosphate Δ isomerase and bacteria can convert dimethylallyl diphosphate to isopentyl diphosphate. In some embodiments, the nucleic acid encodes Clostridium beijerinckii isopentyl diphosphate Δ isomerase. xxx missing linexx. In other embodiments, the nucleic acid is under transcriptional control of a promoter of a pyruvate: ferredoxin oxidoreductase gene derived downstream of a second nucleic acid encoding Clostridium autoethanogenum and isoprene synthase.

さらなる別の実施形態では、COおよびCOをイソペンチル二リン酸塩(IPP)および/またはイソプレンに変換する工程を提供する。工程は、細菌がCOおよび/またはCOをイソペンチル二リン酸塩(IPP)および/またはイソプレンに変換するように、培養媒体中の酸化炭素栄養性の酢酸産生細菌の培養物を含む生物反応器に気体のCO含有基質および/またはCO含有基質を通すことと、IPPおよび/またはイソプレンを生物反応器から回収することとを含む。酸化炭素栄養性の酢酸産生細菌は、デオキシキシルロース 5−リン酸シンターゼ(DXS)の酵素をコードする核酸のコピー数が増加するよう遺伝的に改変されており、増加したコピー数はゲノム当たり1を超える。 In yet another embodiment, a step of converting CO and CO 2 to isopentyl diphosphate (IPP) and / or isoprene is provided. The process comprises a bioreactor comprising a culture of oxytrophic acetic acid producing bacteria in a culture medium such that the bacteria convert CO and / or CO 2 to isopentyl diphosphate (IPP) and / or isoprene. to includes passing the CO-containing substrate and / or CO 2 containing substrate gas, and recovering the IPP and / or isoprene from the bioreactor. Carbon-oxide-trophic acetic acid-producing bacteria have been genetically modified to increase the copy number of nucleic acid encoding the enzyme deoxyxylulose 5-phosphate synthase (DXS), with an increased copy number of 1 per genome. Over.

さらなる別の実施形態は、デオキシキシルロース 5−リン酸シンターゼ(DXS)酵素をコードする核酸のゲノム当たり1超のコピー数を含む、単離され遺伝的に改変されている酸化炭素栄養性酢酸産生細菌を提供する。いくつかの態様では、単離され遺伝的に改変されている酸化炭素栄養性酢酸産生細菌は、イソプレンシンターゼをコードする核酸をさらに含んでもよい。他の態様では、単離され遺伝的に改変されている酸化炭素栄養性酢酸産生細菌は、イソペンチル二リン酸Δイソメラーゼをコードする核酸をさらに含んでもよい。さらなる他の態様では、単離され遺伝的に改変されている酸化炭素栄養性酢酸産生細菌は、イソペンチル二リン酸Δイソメラーゼをコードする核酸およびイソプレンシンターゼをコードする核酸をさらに含んでもよい。   Yet another embodiment is an isolated and genetically modified oxytrophic acetic acid production comprising more than one copy number per genome of nucleic acid encoding deoxyxylulose 5-phosphate synthase (DXS) enzyme Provide bacteria. In some embodiments, the isolated and genetically modified oxytrophic acetic acid producing bacterium may further comprise a nucleic acid encoding isoprene synthase. In other embodiments, the isolated and genetically modified oxytrophic acetic acid producing bacterium may further comprise a nucleic acid encoding isopentyl diphosphate Δ isomerase. In yet another aspect, the isolated and genetically modified oxytrophic acetic acid producing bacterium may further comprise a nucleic acid encoding isopentyl diphosphate Δ isomerase and a nucleic acid encoding isoprene synthase.

他の実施形態は、ホスホメバロン酸キナーゼ(PMK)をコードする核酸を含む単離され遺伝的に改変されている酸化炭素栄養性酢酸産生細菌が提供される。細菌はコード化された酵素を発現し、かつ酵素はこの細菌由来のものではない。いくつかの態様では、酵素はStaphylococcus aureusの酵素である。いくつかの態様では、酵素は1つ以上のC.autoethanogenumのプロモーターの制御下で発現される。いくつかの態様では、細菌は、チオラーゼ(thlA/vraB)をコードする核酸、HMG−CoAシンターゼ(HMGS)をコードする核酸、およびHMG−CoAレダクターゼ(HMGR)をコードする核酸をさらに含む。いくつかの態様では、チオラーゼはClostridium acetobutylicumのチオラーゼである。いくつかの態様では、細菌はジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ(PMD)をコードする核酸をさらに含む。   Another embodiment provides an isolated and genetically modified oxytrophic acetic acid producing bacterium comprising a nucleic acid encoding phosphomevalonate kinase (PMK). The bacterium expresses the encoded enzyme and the enzyme is not from this bacterium. In some embodiments, the enzyme is a Staphylococcus aureus enzyme. In some embodiments, the enzyme has one or more C.I. It is expressed under the control of the autoethanogenum promoter. In some aspects, the bacterium further comprises a nucleic acid encoding a thiolase (thlA / vraB), a nucleic acid encoding an HMG-CoA synthase (HMGS), and a nucleic acid encoding an HMG-CoA reductase (HMGR). In some embodiments, the thiolase is a Clostridium acetobutyricum thiolase. In some embodiments, the bacterium further comprises a nucleic acid encoding diphosphomevalonate decarboxylase (PMD).

さらなる他の実施形態では、αフェネルセンシンターゼをコードする外来性核酸を含む、単離され遺伝的に改変されている酸化炭素栄養性酢酸産生細菌が提供される。いくつかの態様では、核酸は、C.autoethanogenumでの発現に最適化されたコドンである。いくつかの態様では、αフェネルセンシンターゼはMalus x domestica のα−ファルネセンシンターゼである。いくつかの態様では、細菌はゲラニルトランストランスフェラーゼをコードする核酸セグメントをさらに含む。いくつかの態様では、ゲラニルトランストランスフェラーゼ(gernayltranstransferase)はE.coliのゲラニルトランストランスフェラーゼである。   In yet another embodiment, an isolated and genetically modified oxytrophic acetic acid producing bacterium comprising an exogenous nucleic acid encoding alpha-phenelsen synthase is provided. In some embodiments, the nucleic acid is C.I. Codon optimized for expression in autoethanogenum. In some embodiments, the alpha-phenelsen synthase is a Malus x domestica alpha-farnesene synthase. In some embodiments, the bacterium further comprises a nucleic acid segment encoding a geranyl transferase. In some embodiments, the geranyltransferase is an E. coli strain. E. coli geranyl transferase.

本発明のいずれかの態様または実施形態に適切な、単離され遺伝的に改変されている酸化炭素栄養性酢酸産生細菌は、Clostridium autoethanogenum、Clostridium ljungdahlii、Clostridium ragsdalei、Clostridium carboxidivorans、Clostridium drakei、Clostridium scatologenes、Clostridium aceticum、Clostridium formicoaceticum、Clostridium magnum、Butyribacterium methylotrophicum、Acetobacterium woodii、Alkalibaculum bacchii、Blautia producta、Eubacterium limosum、Moorella thermoacetica、Moorella thermautotrophica、Sporomusa ovata、Sporomusa silvacetica、Sporomusa sphaeroides、Oxobacter pfennigii、およびThermoanaerobacter kiuviからなる群から選択されてもよい。   Isolated and genetically modified carbon oxide-trophic acetic acid-producing bacteria suitable for any aspect or embodiment of the present invention are Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahldili, Clostridium carbosidoid, Clostridium carboxid, Clostridium carboxid , Clostridium aceticum, Clostridium formicoaceticum, Clostridium magnesium, Butyracterium methanolicum, Acetobacterium woodody, Alkalibaculum b cchii, Blautia producta, Eubacterium limosum, Moorella thermoacetica, Moorella thermautotrophica, Sporomusa ovata, Sporomusa silvacetica, Sporomusa sphaeroides, Oxobacter pfennigii, and Thermoanaerobacter may be selected from the group consisting of Kiuvi.

また、本発明は、本願の明細書中に記されるまたは示される要素および特徴を部分的に含むよう広くあってもよく、個別または集合的であってもよく、これらの一部、要素および特徴のうちの2つ以上の組み合わせであってもよい。特定の整数が本明細書中に記載されているが、特定の整数は本発明に関連する技術で知られている均等物を有すると本明細書に記載されており、このような均等物は、以下に個別に記載されていない限り、本明細書に組み込まれるものである。   The invention may also be broad to include, in part, the elements and features described or shown in the specification of the present application, which may be individual or collective, some of these, elements and It may be a combination of two or more of the features. Although certain integers are described herein, certain integers are described herein as having equivalents known in the art related to the present invention, and such equivalents are , Unless otherwise stated below, are incorporated herein.

本発明のこれらの態様および他の態様は、すべての新規態様について検討され、添付図面を参照して例示の目的でのみ与えられる以下の記載により明白になるであろう。   These and other aspects of the invention will be apparent from the following description, considered for all novel aspects and given by way of example only with reference to the accompanying drawings.

は、テルペンの産生の経路図であり、本願に記載される遺伝子標的は太字の矢印で示されるIs a pathway diagram of terpene production, gene targets described in this application are indicated by bold arrows は、プラスミドpMTL 85146−ispSの遺伝子マップである。Is the gene map of plasmid pMTL 85146-ispS. は、プラスミドpMTL 85246−ispS−idiの遺伝子マップである。Figure 2 is a gene map of plasmid pMTL 85246-ispS-idi. は、プラスミドpMTL 85246−ispS−idi−dxsの遺伝子マップである。Figure 2 is a gene map of plasmid pMTL 85246-ispS-idi-dxs. は、プラスミドpMTL 85246−ispS−idi−dxsのシークエンシング結果である。Fig. 4 shows the result of sequencing plasmid pMTL 85246-ispS-idi-dxs. は、DXSおよびメバロン酸経路を介してCOからテルペンを産生するエネルギー論の比較を示す。Shows a comparison of the energetics of producing terpenes from CO via the DXS and mevalonate pathways. は、メバロン酸経路を示す。Indicates the mevalonate pathway. は、C.autoethanogenum形質変換体におけるプラスミドpMTL 85246−ispS−idiのイソプレン発現の存在を確認するアガロースゲル電気泳動の画像である。レーン1および20は100bpPlusDNAラダーを示す。レーン3〜6、9〜12、15〜18は、4つの異なるクローン由来の単離プラスミドをテンプレートとして用いたPCRを示し、各々は以下の順である:colE1、ermB、およびidi。レーン2、8、および14は陰性対照としてテンプレートのないPCRを示し、各々は以下の順である:colE1、ermB、およびidi。レーン7、13、および19は陽性対照としてE.coli由来のpMTL 85246を用いたPCRを示し、各々は以下の順である:colE1、ermB、およびid。Is C.I. It is an image of the agarose gel electrophoresis which confirms presence of the isoprene expression of plasmid pMTL85246-ispS-idi in an autoethanogenum transformant. Lanes 1 and 20 show a 100 bp Plus DNA ladder. Lanes 3-6, 9-12, 15-18 show PCR using isolated plasmids from 4 different clones as templates, each in the following order: colE1, ermB, and idi. Lanes 2, 8, and 14 show PCR without template as a negative control, each in the following order: colE1, ermB, and idi. Lanes 7, 13, and 19 are E. coli as positive controls. The PCR using pMTL 85246 from E. coli is shown, each in the following order: colE1, ermB, and id. は、メバロン酸発現プラスミドMTL8215−Pptaack−thlA−HMGS−Patp−HMGRを示す。Shows the mevalonic acid expression plasmid MTL8215-Pptaack-thlA-HMGS-Patp-HMGR. は、イソプレン発現プラスミドpMTL 8314−Pptaack−thlA−HMGS−Patp−HMGR−Prnf−MK−PMK−PMD−Pfor−idi−ispSを示す。Shows the isoprene expression plasmid pMTL 8314-Pptaack-thlA-HMGS-Patp-HMGR-Prnf-MK-PMK-PMD-Pfor-idi-ispS. は、ファルネセン発現プラスミドpMTL8314−Pptaack−thlA−HMGS−Patp−HMGR−Prnf−MK−PMK−PMD−Pfor−idi−ispA−FSを示す。Shows the farnesene expression plasmid pMTL8314-Pptaack-thlA-HMGS-Patp-HMGR-Prnf-MK-PMK-PMD-Pfor-idi-ispA-FS. は、プラスミドpMTL 85246−ispS−idi−dxsの遺伝子マップを示す。Shows the gene map of plasmid pMTL 85246-ispS-idi-dxs. は、プラスミドpMTL 85146−ispSをもつC.autoethanogenumを用いた遺伝子発現の実験の増幅チャートを示す。Has a plasmid pMTL 85146-ispS. The amplification chart of the experiment of gene expression using autoethanogenum is shown. は、プラスミドpMTL 85246−ispS−idiをもつC.autoethanogenumを用いた遺伝子発現の増幅チャートを示す。Has a plasmid pMTL 85246-ispS-idi. The amplification chart of gene expression using autoethanogenum is shown. は、プラスミドpMTL 85246−ispS−idi−dxsをもつC.autoethanogenumを用いた遺伝子発現を実験した増幅チャートを示す。Has a plasmid pMTL 85246-ispS-idi-dxs. The amplification chart which experimented the gene expression using autoethanogenum is shown. は、プラスミドpMTL8314Prnf−MK−PMK−PMD−Pfor−idi−ispA−FSの存在確認するPCRを示す。予測バンドのサイズは1584bpである。DNAマーカーは、Fermentasの1kbDNAラダーである。Shows PCR confirming the presence of plasmid pMTL8314Prnf-MK-PMK-PMD-Pfor-idi-ispA-FS. The size of the prediction band is 1584 bp. The DNA marker is a Fermentas 1 kb DNA ladder. は、プラスミドpMTL8314Prnf−MK−PMK−PMD−Pfor−idi−ispA−FSをもつ形質転換したC. autoethanogemunの増殖曲線である。Transformed with the plasmid pMTL8314Prnf-MK-PMK-PMD-Pfor-idi-ispA-FS. It is the growth curve of autoethanogenmun. は、メバロン酸キナーゼ(MK 配列番号:51)、ホスホメバロン酸キナーゼ(PMK 配列番号:52)、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ(PMD 配列番号:53)、イソペンチル−二リン酸Δ−イソメラーゼ(idi 配列番号:54)、ゲラニルトランストランスフェラーゼ(ispA 配列番号:56)およびファルネセンシンターゼ(Fs 配列番号57)の遺伝子発現を示すRT−PRCデータである。Are mevalonate kinase (MK SEQ ID NO: 51), phosphomevalonate kinase (PMK SEQ ID NO: 52), diphosphomevalonate decarboxylase (PMD SEQ ID NO: 53), isopentyl-diphosphate Δ-isomerase (idi SEQ ID NO: 54). ), RT-PRC data showing gene expression of geranyltransferase (ispA SEQ ID NO: 56) and farnesene synthase (Fs SEQ ID NO: 57). は、idi−ispA−FSのpMTL8314Prnf−MK−PMK−PMD−Pを含む1mMのメバロン酸を添加した培養物中のファルネセンの存在を検出および確認するGC−MSである。質量93のイオンを含むピークををスキャンしたGC−MSクロトマトグラム。クロマトグラム1および2は形質転換されたC.autoethanogenumであり、3はC.autoethanogenum試料と同時に流入されるβファルネセン標準基質である。4は、αファルネセン産生を示す、M9グルコースで増殖させたプラスミドpMTL8314Prnf−MK−PMK−PMD−Pfor−idi−ispA−FSをもつE.coliである。5は、E.coli試料と同時に流入されるβファルネセンの標準基質である。E.coliおよびC.autoethanogenum試料間の保持時間の差異は、分析機器に対する小さな変化によるものである。しかしながらβファルネセン標準基質および産生したαファルネセンの間の保持時間の差異はいずれの場合も全く同じであり、このことは質量スペクトルでの一致と合わせてC.autoethanogenumのαファルネセン産生を確認する。Is a GC-MS that detects and confirms the presence of farnesene in a culture supplemented with 1 mM mevalonic acid containing pMTL8314Prnf-MK-PMK-PMD-P of idi-ispA-FS. GC-MS black and white gram scanned peaks containing 93 ions of mass. Chromatograms 1 and 2 are transformed C.I. autoethanogenum, 3 is C.I. It is a β farnesene standard substrate that is introduced at the same time as the autoethanogenum sample. 4 shows E. coli with plasmid pMTL8314Prnf-MK-PMK-PMK-Pfor-idi-ispA-FS grown on M9 glucose, indicating α farnesene production. E. coli. 5 is an E.I. This is a standard substrate for β-farnesene that is introduced simultaneously with the E. coli sample. E. coli and C.I. The difference in retention time between autoethanogenum samples is due to minor changes to the analytical instrument. However, the retention time difference between the β-farnesene standard substrate and the produced α-farnesene is exactly the same in both cases, which together with the coincidence in the mass spectrum is C.I. The production of alpha farnesene of autoethanogenum is confirmed. は、図19で1Aおよび2Aと標識したピークのMSスペクトルである。MSスペクトルはNISTデータベーススペクトル(図21)と一致し、ピークがαファルネセンであると確認される。Is the MS spectrum of the peaks labeled 1A and 2A in FIG. The MS spectrum is consistent with the NIST database spectrum (FIG. 21), confirming that the peak is alpha farnesene. は、NIST質量スペクトルデータベースからのαファルネセンのMSスペクトルである。Is the MS spectrum of alpha farnesene from the NIST mass spectral database.

以下は、一般的な文言を用いた、その好ましい実施形態を含む本発明の記載である。本発明は以下の本明細書の「実施例」の下の開示からさらにさらに明らかにされており、開示は本発明を支持する実験データ、本発明の多様な態様の特定の実施例、および本発明を実施する手段を提供する。   The following is a description of the present invention, including preferred embodiments thereof, using common language. The present invention is further elucidated from the disclosure under “Examples” herein below, the disclosure including experimental data supporting the present invention, specific examples of various aspects of the present invention, and the present invention. Means for carrying out the invention are provided.

驚くべきことに、本発明者らは、酸化炭素栄養性の酢酸産生細菌を改変して、COを含む基質の発酵によりイソプレンおよびファルネセンを含むテルペンおよびその前駆体を産生することができた。このことは、それらの産生のための現在の方法に対して利点を有し得る、これらの産物の産生のための代替手段を提供する。さらに、本発明者らは、さもなければ大気に放出され、かつ環境を汚染するであろう工業的工程からの一酸化炭素を使用する手段を提供する。   Surprisingly, the inventors have been able to modify oxytrophic acetic acid producing bacteria to produce terpenes and precursors including isoprene and farnesene by fermentation of a substrate including CO. This provides an alternative means for the production of these products that may have advantages over current methods for their production. Furthermore, we provide a means to use carbon monoxide from industrial processes that would otherwise be released to the atmosphere and pollute the environment.

本明細書では、「発酵ブロス」は、少なくとも栄養培地および細菌細胞を含む培養培地を指す。   As used herein, “fermentation broth” refers to a culture medium that includes at least a nutrient medium and bacterial cells.

本明細書では、「シャトル微生物」は、メチルトランスフェラーゼ酵素が発現される微生物であり、かつ目的微生物と異なる微生物を指す。   As used herein, “shuttle microorganism” refers to a microorganism in which a methyltransferase enzyme is expressed and is different from the target microorganism.

本明細書では、「目的微生物」は、発現構築物/ベクター上に含まれる遺伝子が発現される微生物であり、かつシャトル微生物と異なる微生物を指す。   As used herein, “target microorganism” refers to a microorganism in which a gene contained on an expression construct / vector is expressed and is different from a shuttle microorganism.

「主な発酵産物」という用語は、最も高い濃度および/または収率で産生される1つの発酵産物を意味すると意図される。   The term “main fermentation product” is intended to mean the one fermentation product produced at the highest concentration and / or yield.

用語「効率を増大する」、「増大された効率」などは、発酵工程に関連して使用される際、限定するものではないが、発酵を触媒する微生物の増殖速度、産生物濃度の上昇した増殖および/または産物産生速度、消費された基質の容量あたり産生される所望の産物の容量、所望産物の産生速度または産生レベル、および発酵の他の副産物と比較した所望の産物の相対比率のうちの少なくとも1つの増加を含む。   The terms “increased efficiency”, “increased efficiency” and the like, when used in connection with a fermentation process, include, but are not limited to, the growth rate of microorganisms catalyzing fermentation, increased product concentration. Of growth and / or product production rate, volume of desired product produced per volume of substrate consumed, production rate or level of desired product, and relative ratio of desired product compared to other by-products of fermentation Including at least one increase.

「一酸化炭素を含む基質」およびそれに類する文言は、たとえば、1つ以上の細菌株の増殖および/または発酵に一酸化炭素が利用可能である任意の基質を含むと理解されるべきである。   “Substrate comprising carbon monoxide” and like terms should be understood to include, for example, any substrate for which carbon monoxide is available for growth and / or fermentation of one or more bacterial strains.

「一酸化炭素を含む気体基質」およびそれに類する文言および用語は、あるレベルの一酸化炭素を含む任意の気体を含む。ある実施形態では、基質は少なくとも20容量%〜100容量%のCO、20容量%〜70容量%のCO、30容量%〜60容量%のCO、および40容量%〜55容量%のCOを含む。特定の実施形態では、基質は約25容量%、または約30容量%、または約35容量%、または約40容量%、または約45容量%、または約50容量%、または約55容量%、または約60容量%のCOを含む。   “Gaseous substrate containing carbon monoxide” and similar terms and terms include any gas containing a level of carbon monoxide. In certain embodiments, the substrate comprises at least 20% to 100% CO, 20% to 70% CO, 30% to 60% CO, and 40% to 55% CO. . In certain embodiments, the substrate is about 25%, or about 30%, or about 35%, or about 40%, or about 45%, or about 50%, or about 55%, or Contains about 60% CO by volume.

基質が水素を含む必要はないが、Hの存在は、本発明の方法にしたがった形成を産生するために有害であってはならない。特定の実施形態では、水素の存在は、アルコール産生の総合的な効率を改善する。Xxmissing linexxたとえば、特定の実施形態では、基質は約2:1、または1:1、または1:2の比率のH:COを含んでもよい。1つの実施形態では、基質は約30容量%以下のH、約20容量%以下のH、約15容量%以下のH、または約10容量%以下のHを含む。他の実施形態では、基質の流れは、たとえば、5%未満、または4%未満、または3%未満、または%未満、または1%未満の低濃度のHを含み、もしくは水素を実質的に含まない。基質はまた、たとえば、約1容量%〜80容量%、または1容量%〜約30容量%のCOなど、いくらかのCOを含んでもよい。1つの実施形態では、基質は約20容量%以下のCOを含む。特定の実施形態では、基質は約15容量%以下のCO、約10容量%以下のCO、約5容量%以下のCOを含み、または実質的にCOを含まない。 Although substrates need not include hydrogen, the presence of H 2 is not deleterious to produce formed in accordance with the method of the present invention. In certain embodiments, the presence of hydrogen improves the overall efficiency of alcohol production. Xxmissing linexx For example, in certain embodiments, the substrate may comprise H 2 : CO in a ratio of about 2: 1, or 1: 1, or 1: 2. In one embodiment, the substrate comprises about 30% or less H 2 , about 20% or less H 2 , about 15% or less H 2 , or about 10% or less H 2 . In other embodiments, the substrate of the flow, for example, less than 5%, or less than 4%, or less than 3%, or% less, or comprises less than the low concentration of H 2 1%, or hydrogen substantially Not included. The substrate also, for example, about 1 volume% to 80 volume%, or such as 1 volume% to about 30 volume% of CO 2, it may contain some CO 2. In one embodiment, the substrate comprises about 20% or less CO 2 by volume. In certain embodiments, the substrate comprises about 15% or less CO 2 , about 10% or less CO 2 , about 5% or less CO 2 , or substantially free of CO 2 .

以下に記載されるように、本発明の実施形態は、「COを含む気体基質」を送達かつ発酵することに関して記載される。しかしながら、気体基質は代替的な形態にて提供されてもよいことが理解されるべきである。たとえば、COを含む気体基質は液体に溶解されて提供されてもよい。本質的に、液体は、一酸化炭素を含む気体で飽和され、その後その液体を生物反応器に添加する。このことは標準的な方法を使用して達成し得る。例として、微細気泡分散ジェネレータ(Hensirisak et. al. Scale−up of microbubble dispersion generator for aerobic fermentation; Applied Biochemistry and Biotechnology Volume 101, Number 3 / October, 2002)を使用できる。さらなる例として、COを含む気体基質が固体の支持体上に吸着されてもよい。このような代替方法は、用語「COを含む基質」およびそれに類する用語の使用に含まれる。   As described below, embodiments of the present invention are described with respect to delivering and fermenting a “gaseous substrate comprising CO”. However, it should be understood that the gaseous substrate may be provided in alternative forms. For example, a gaseous substrate containing CO may be provided dissolved in a liquid. In essence, the liquid is saturated with a gas containing carbon monoxide, which is then added to the bioreactor. This can be achieved using standard methods. As an example, a fine bubble dispersion generator (Hensirisak et. Al. Scale-up of microbubble dispersion generator, aerobic fermentation can be used; Applied Biochemistry 3 Biomolecules and Biotechnolology. As a further example, a gaseous substrate comprising CO may be adsorbed on a solid support. Such alternative methods are included in the use of the term “substrate comprising CO” and similar terms.

本発明の特定の実施形態では、CO含有気体基質は、工業排ガスまたは工業廃棄ガスである。「工業廃棄ガスまたは工業排ガス」は、工業行程により産生されるCOを含む任意の気体を含み、また鉄金属製品製造、非鉄製品製造、石油精製工程、石炭の気化、バイオマスの気化、電力生産、カーボンブラック生産、およびコークの製造の結果として産生される気体を含むと広く解釈されるべきである。さらなる例が本明細書の他で提供されてもよい。   In certain embodiments of the invention, the CO-containing gaseous substrate is an industrial exhaust gas or an industrial waste gas. “Industrial waste gas or industrial exhaust gas” includes any gas containing CO produced by an industrial process, and also includes ferrous metal product manufacturing, non-ferrous product manufacturing, petroleum refining process, coal vaporization, biomass vaporization, power production, It should be broadly construed to include carbon black production and gases produced as a result of coke production. Further examples may be provided elsewhere herein.

特段の記載が必要とされない限り、本明細書に使用される「発酵」、「発酵工程」、または「発酵反応」、およびそれに類する文言は、工程の増殖段階および産物生合成段階を含むと意図される。さらに本明細書に記載されるように、いくつかの実施形態では、生物反応器は第1の増殖リアクターおよび第2の発酵リアクターを含んでもよい。このように、金属類または組成物を発酵反応に添加することは、これらのリアクターのいずれかまたは両方への添加を含むことが理解べきである。   Unless otherwise required, the terms “fermentation”, “fermentation process”, or “fermentation reaction”, and the like, as used herein, are intended to include the growth and product biosynthesis stages of the process. Is done. As further described herein, in some embodiments, the bioreactor may include a first growth reactor and a second fermentation reactor. Thus, adding metals or compositions to the fermentation reaction should be understood to include addition to either or both of these reactors.

用語「生物反応器」は、1つ以上の容器および/またはタワー、またはパイプ配置からなる発酵装置を含み、連続撹はん槽リアクター(CSTR)、固定化細胞リアクター(ICR)、リクルベッド反応器(TBR)、気ほう塔反応器、ガスリフト発酵槽、スタティックミキサー、または気体―液体接触に適した他の装置を含む。いくつかの実施形態では、生物反応器は第1の増殖リアクターおよび第2の発酵リアクターを含む。よって、基質を生物反応器または発酵反応に添加することを指す際には、適切な場合これらのリアクターのいずれかまたは両方を含むことが理解される。   The term “bioreactor” includes a fermentation apparatus consisting of one or more vessels and / or towers or pipe arrangements, a continuous stirred tank reactor (CSTR), an immobilized cell reactor (ICR), a trickle bed reactor. (TBR), bubble column reactors, gas lift fermenters, static mixers, or other equipment suitable for gas-liquid contact. In some embodiments, the bioreactor includes a first growth reactor and a second fermentation reactor. Thus, when referring to adding a substrate to a bioreactor or fermentation reaction, it is understood to include either or both of these reactors where appropriate.

「外来性核酸」は、導入される微生物外に起源を有する核酸である。外来性核酸は、限定するものではないが、導入される微生物(たとえば組み換え微生物の由来となる親微生物)、導入される生物とは異なる微生物株または種類、あるいは人工的にまたは組み換えにて作成した微生物株化または種類を含む任意の適切な供給源に由来してもよい。1つの実施形態では、外来性核酸は導入される微生物内に天然に存在する核酸配列を表し、かつそれらは導入されて特定の遺伝子の発現または過剰発現を増大する(たとえば、配列(たとえば遺伝子)のコピー数を増大すること、または発現を増大するために強力なまたは構成的なプロモーターを導入することにより)。別の実施形態では、外来性核酸は導入される微生物内には天然に存在しない核酸配列を表し、かつ微生物内に天然に存在しない産物を発現させまたは微生物にとって天然の遺伝子の発現を増大させる(たとえば、プロモーターなどの調節要素を導入する場合)。外来性核酸は、導入される微生物のゲノム中に統合するよう適合されてもよいし染色体外にある状態を保持するように適合されてもよい。   A “foreign nucleic acid” is a nucleic acid that originates outside the microorganism to be introduced. The exogenous nucleic acid is not limited, but the microorganism to be introduced (for example, the parent microorganism from which the recombinant microorganism is derived), the microorganism strain or type different from the organism to be introduced, or artificially or recombinantly created. It may be derived from any suitable source including microbial strains or species. In one embodiment, exogenous nucleic acids represent nucleic acid sequences that are naturally present in the introduced microorganism, and they are introduced to increase expression or overexpression of a particular gene (eg, a sequence (eg, a gene)). Or by introducing a strong or constitutive promoter to increase expression). In another embodiment, the exogenous nucleic acid represents a nucleic acid sequence that is not naturally present in the introduced microorganism and expresses a product that is not naturally present in the microorganism or increases the expression of a gene that is native to the microorganism ( For example, when introducing regulatory elements such as promoters). The exogenous nucleic acid may be adapted to integrate into the genome of the introduced microorganism or may be adapted to retain the state that is extrachromosomal.

「外来性」はまた、タンパク質を指すのに使用してもよい。これは、組み換え微生物が由来する親微生物中には存在しないタンパク質を指す。   “Exogenous” may also be used to refer to a protein. This refers to a protein that is not present in the parental microorganism from which the recombinant microorganism is derived.

組み換え微生物および核酸またはタンパク質に関して本明細書で使用される用語「内在性」は、組み換え微生物が由来する親微生物に存在する任意の核酸またはタンパク質を指す。   The term “endogenous” as used herein with respect to recombinant microorganisms and nucleic acids or proteins refers to any nucleic acid or protein present in the parental microorganism from which the recombinant microorganism is derived.

本発明は、本明細書で特に例示される配列と異なる核酸が実質的に同一に機能するならば、それらの配列を使用して実施されてもよいことが理解されるべきである。タンパク質またはペプチドをコードする核酸配列について、これは、コードされたタンパク質またはペプチドが実質的に同一の機能を有することを意味する。プロモーター配列を表す核酸配列については、変異型配列は1つ以上の遺伝子発現を促進する性質を有する。このような核酸は、本明細書で「機能的に等価な変異体」と呼ばれてもよい。例として、核酸の機能的に等価な変異体は、対立変異体、遺伝子のフラグメント、変異(欠損、挿入、ヌクレオチド置換など)および/または遺伝子多型を含む遺伝子などが挙げられる。他の微生物由来のホモログ遺伝子もまた、本明細書に特に例示される配列の機能的に等価な変異体の例と考えられてもよい。これらは、Clostridium acetobutylicum、Clostridium beijerinckii、C. saccharobutylicum、およびC. saccharoperbutylacetonicumなどの種のホモログ遺伝子を含み、この詳細は、GeneBankまたはNCBIなどのウェブサイトに公開されており、利用可能である。「機能的に等価な変異体」という文言はまた、特定の生物のコドン最適化の結果として配列が変化した核酸を含むと解釈されるべきである。本明細書に記載される核酸の「機能的に等価な変異体」は、同定された核酸配列と好ましくは少なくとも約70%、好ましくは80%、より好ましくは85%、好ましくは約90%、好ましくは約95%以上の核酸配列同一性を有する。   It is to be understood that the present invention may be practiced using nucleic acid sequences that differ from the sequences specifically exemplified herein, provided that they function substantially identically. For nucleic acid sequences that encode a protein or peptide, this means that the encoded protein or peptide has substantially the same function. For nucleic acid sequences representing promoter sequences, mutant sequences have the property of promoting expression of one or more genes. Such nucleic acids may be referred to herein as “functionally equivalent variants”. By way of example, functionally equivalent variants of a nucleic acid include allelic variants, gene fragments, mutations (deletions, insertions, nucleotide substitutions, etc.) and / or genes containing genetic polymorphisms, and the like. Homologous genes from other microorganisms may also be considered examples of functionally equivalent variants of the sequences specifically exemplified herein. These are Clostridium acetobutylicum, Clostridium beijerinckii, C.I. saccharobutyricum, and C.I. It includes homologous genes of species such as Saccharoperbutylacetonicum, details of which are published and available on websites such as GeneBank or NCBI. The term “functionally equivalent variants” should also be construed to include nucleic acids whose sequences have changed as a result of codon optimization for a particular organism. “Functionally equivalent variants” of the nucleic acids described herein are preferably at least about 70%, preferably 80%, more preferably 85%, preferably about 90%, of the identified nucleic acid sequence, Preferably it has about 95% or more nucleic acid sequence identity.

本発明は、その配列が本明細書に特に例示されるアミノ酸配列とは異なるポリペプチドを使用して実施してもよいこともまた理解すべきである。これらの変異体は、本明細書では「機能的に等価の変異体」を呼ばれてもよい。タンパク質またはペプチドの機能的に等価な変異体は、同定されたタンパク質またはペプチドと少なくとも40%、好ましくは50%、好ましくは60%、好ましくは70%、好ましくは75%、好ましくは80%、好ましくは90%、好ましくは85%、好ましくは90%、好ましくは95%以上のアミノ酸同一性を共有し、かつ目的のタンパク質またはペプチドと実質的に同じ機能を有するタンパク質またはペプチドを含む。このような変異体は、タンパク質またはペプチドのフラグメントの範囲内にあるものを含み、フラグメントは切り詰められた形態のポリペプチドを含み、欠損は1〜5、〜10、〜15、〜20、〜25アミノ酸であってよく、およびポリペプチドのいずれかの末端の1〜25の残基から拡大してもよく、および欠損は領域内の任意の長さであってもよく;または内部の位置にあってもよい。本明細書の特定のポリペプチドの機能的に等価な変異体はまた、たとえば前の段落に例示されるような、他の細菌種のホモログ遺伝子により発現されるポリペプチドを含むと解釈されるべきである。   It should also be understood that the present invention may be practiced using polypeptides whose sequences differ from the amino acid sequences specifically exemplified herein. These variants may be referred to herein as “functionally equivalent variants”. A functionally equivalent variant of a protein or peptide is at least 40%, preferably 50%, preferably 60%, preferably 70%, preferably 75%, preferably 80%, preferably 80%, preferably with the identified protein or peptide. Includes proteins or peptides that share 90%, preferably 85%, preferably 90%, preferably 95% or more amino acid identity and have substantially the same function as the protein or peptide of interest. Such variants include those that are within the scope of a protein or peptide fragment, the fragment includes a truncated form of the polypeptide, and the deletion is 1-5, -10, -15, -20, -25 It may be an amino acid and may extend from 1 to 25 residues at either end of the polypeptide, and the deletion may be any length within the region; May be. Functionally equivalent variants of a particular polypeptide herein should also be construed to include polypeptides expressed by homologous genes of other bacterial species, for example as exemplified in the previous paragraph. It is.

本明細書で使用される「実質的に同一の機能」は、核酸またはポリペプチドの変異体が、もとの核酸またはポリペプチドの機能を実行できることを意味するよう意図される。たとえば、本発明の酵素の変異体は、その酵素と同一の反応を触媒できる。しかしながら、変異体がもとのポリペプチドまたは核酸と同一のレベルの活性を有することを意味するものではない。   As used herein, “substantially identical function” is intended to mean that a variant of a nucleic acid or polypeptide can perform the function of the original nucleic acid or polypeptide. For example, a variant of the enzyme of the invention can catalyze the same reaction as that enzyme. However, this does not mean that the variant has the same level of activity as the original polypeptide or nucleic acid.

機能的に等価な変異体がもとの核酸またはポリペプチドと実質的に同一の機能を有するかどうかを、任意の既知の方法を使用して評価できる。しかしながら、例として、イソプレン合成酵素に関するSilverらにより記載される方法(1991, Plant Physiol. 97: 1588−1591)またはZhaoらにより記載される方法(2011, Appl Microbiol Biotechnol, 90:1915-1922)、ファルネセンシンターゼに関するGreenらによる方法(2007, Phytochemistry; 68:176-188)、1−デオキシ−D−キシルロース 5−リン酸シンターゼDxsに関するKuzuyamaによる方法(2000, J. Bacteriol. 182, 891−897)、チオラーゼに関するBerndt and Schlegelによる方法(1975, Arch. Microbiol. 103, 21−30)またはStim−Herndonらによる方法(1995, Gene 154: 81−85)、HMG−CoAシンターゼに関するCabanoらによる方法(1997, Insect Biochem. Mol. Biol.Metab. 27:499-505)、HMG−CoAレダクターゼおよびにメバロン酸キナーゼ酵素に関するMaらによる方法(2011, Metab. Engin., 13:588-597)、ホスホメバロン酸キナーゼに関するHerdendorf and Miziorkoによる方法(2007, Biochemistry, 46: 11780−8)、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼに関するKrepkiyらによる方法(2004, Protein Sci. 13: 1875−1881)が挙げられる。また、Trutkoらにより記載される(2005, Microbiology 74: 153−158)ようにホスミドマイシンまたはメビノリンのような阻害剤を使用して、DXSおよびメバロン酸経路の遺伝子を同定することが可能である。   Whether a functionally equivalent variant has substantially the same function as the original nucleic acid or polypeptide can be assessed using any known method. However, by way of example, the method described by Silver et al. For isoprene synthase (1991, Plant Physiol. 97: 1588-1591) or the method described by Zhao et al. (2011, Appl Microbiol Biotechnol, 90: 1915- 1922), The method by Green et al. For farnesene synthase (2007, Phytochemistry; 68: 176-188), the method by Kuzuyama for 1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate synthase Dxs (2000, J. Bacteriol. 182, 891-897). ), The method by Berndt and Schlegel for thiolase (1975, Arch. Microbiol). 103, 21-30) or the method by Stim-Herndon et al. (1995, Gene 154: 81-85), the method by Cabano et al. For HMG-CoA synthase (1997, Insect Biochem. Mol. Biol. Metab. 27: 499-). 505), the method by Ma et al. For HMG-CoA reductase and mevalonate kinase enzyme (2011, Metab. Engin., 13: 588-597), the method by Herdendorf and Miziokko for phosphomevalonate kinase (2007, Biochemistry 17:46: -8), the method by Krepkiy et al. For diphosphomevalonate decarboxylase (2004, Protein Sc . 13: 1875-1881), and the like. It is also possible to identify genes in the DXS and mevalonate pathway using inhibitors such as fosmidomycin or mevinolin, as described by Truko et al. (2005, Microbiology 74: 153-158). .

本明細書で使用される際の「過剰に発現」、「過剰発現」などの用語および文言は、同一条件下の親微生物の蛋白質(核酸を含む)の発現レベルと比較して1つ以上の蛋白質の発現(同じ蛋白質をコードする1つ以上の核酸の発現を含む)のいずれかの増大を含むと広く解釈されるべきである。タンパク質(または核酸)が任意の特定なレベルに発現するという意味にとるべきではない。   As used herein, terms and phrases such as “overexpression”, “overexpression”, and the like refer to one or more expression levels compared to the expression level of a parental microbial protein (including nucleic acids) under the same conditions. It should be construed broadly to include any increase in protein expression (including expression of one or more nucleic acids encoding the same protein). It should not mean that the protein (or nucleic acid) is expressed at any particular level.

「親微生物」は、本発明の組換え微生物を作成するために使用される微生物である。親微生物は、天然に存在するもの(すなわち野生型微生物)または前もって修飾されているが本発明の対象である1つ以上の酵素を発現または過剰に発現しないものである。したがって、本発明の組換え微生物は、親微生物中で発現または過剰に発現しなかった1つ以上の酵素を発現または過剰に発現するように修飾されてもよい。   A “parental microorganism” is a microorganism used to make the recombinant microorganism of the present invention. A parental microorganism is one that is naturally occurring (ie, a wild-type microorganism) or one that has been previously modified but does not express or overexpress one or more enzymes that are the subject of the present invention. Accordingly, the recombinant microorganisms of the present invention may be modified to express or overexpress one or more enzymes that were not expressed or overexpressed in the parental microorganism.

核酸「構築物」または「ベクター」などの用語は、細胞内に遺伝子基質を移送するビヒクルとしての使用に適した任意の核酸(DNAおよびRNAを含む)を含むと広く解釈されるべきである。この用語は、プラスミド、ウイルス(バクテリオファージを含む)、コスミドおよび人工染色体を含むと解釈されるべきである。構築物またはベクターは、1つ以上の調節要素、複製起源、マルチクローニング部位および/または選択可能マーカーを含んでもよい。1つの実施形態では、構築物またはベクターは、構築物またはベクターによりコードされた1つ以上の遺伝子発現を可能にするよう適合されている。核酸構築物またはベクターは、裸核酸ならびに細胞への送達を促進する1つ以上の薬剤と製剤化した核酸(たとえば、リポソーム結合型核酸、核酸が含まれている生物)を含む。   Terms such as nucleic acid “construct” or “vector” should be broadly construed to include any nucleic acid (including DNA and RNA) suitable for use as a vehicle to transfer genetic substrates into cells. The term should be construed to include plasmids, viruses (including bacteriophages), cosmids and artificial chromosomes. A construct or vector may contain one or more regulatory elements, origins of replication, multiple cloning sites and / or selectable markers. In one embodiment, the construct or vector is adapted to allow expression of one or more genes encoded by the construct or vector. Nucleic acid constructs or vectors include naked nucleic acids as well as nucleic acids (eg, liposome-bound nucleic acids, organisms containing nucleic acids) formulated with one or more agents that facilitate delivery to cells.

本明細書で言及される「テルペン」は、単純なテルペン類および複雑なテルペン類ならびにアルコール、アルデヒドおよびケトンなどの酸素含有テルペン化合物を含む、結合されたC5イソプレン単位からできる任意の化合物を含むと広く解釈されるべきである。単純なテルペンは、針葉樹などの植物の精油および樹脂に見いだされる。より複雑なテルペンは、テルペノイドおよびビタミンA、カロテノイド色素(リコピンなど)、スクアレン、およびゴムを含む。モノテルペン類の例は、限定するものではないが、イソプレン、ピネン、ネロール、シトラール、カンファー、メントール、リモネンを含む。セスキテルペンの例としては、限定するものではないが、ネロリドール、ファルネソールが挙げられる。ジテルペンの例としては、限定するものではないが、フィトール、ビタミンA1が挙げられる。スクアレンはトリテルペンの一例であり、カロテン(プロビタミンA1)はテトラテルペンである。   A “terpene” as referred to herein includes any compound made from linked C5 isoprene units, including simple and complex terpenes and oxygen-containing terpene compounds such as alcohols, aldehydes and ketones. Should be interpreted widely. Simple terpenes are found in essential oils and resins of plants such as conifers. More complex terpenes include terpenoids and vitamin A, carotenoid pigments (such as lycopene), squalene, and gum. Examples of monoterpenes include, but are not limited to isoprene, pinene, nerol, citral, camphor, menthol, limonene. Examples of sesquiterpenes include, but are not limited to, nerolidol and farnesol. Examples of diterpenes include, but are not limited to, phytol and vitamin A1. Squalene is an example of a triterpene, and carotene (provitamin A1) is a tetraterpene.

「テルペン前駆体」は、アセチルCoAおよび任意にピルビン酸から開始したテルペンを形成する反応の間に産生される化合物または中間体物質である。この用語は、メバロン酸(MVA)経路および任意にDXS経路に見いだされる前駆体化合物または中間体基質ならびにFPPおよびGPPなどの、より長鎖のテルペンの下流の前駆体を指す。特定の実施形態では、メバロン酸、IPP、ジメチルアリル二リン酸(DMAPP)、ゲラニルピロリン酸(GPP)およびファルネシルピロリン酸(FPP)を含むが、これらに限定されない。   A “terpene precursor” is a compound or intermediate material produced during a reaction to form a terpene initiated from acetyl CoA and optionally pyruvate. The term refers to precursor compounds or intermediate substrates found in the mevalonic acid (MVA) pathway and optionally the DXS pathway and precursors downstream of longer chain terpenes such as FPP and GPP. Specific embodiments include, but are not limited to, mevalonic acid, IPP, dimethylallyl diphosphate (DMAPP), geranyl pyrophosphate (GPP) and farnesyl pyrophosphate (FPP).

「DXS経路」は、ピルビン酸およびD−グリセルアルデヒド−3−リン酸からDMAPPまたはIPPへの酵素的経路である。それはまた、デオキシキシルロース 5−リン酸(DXP/DXPS/DOXPまたはDXS)/メチルエリスリトール リン酸(MEP)経路としても知られている。   The “DXS pathway” is an enzymatic pathway from pyruvate and D-glyceraldehyde-3-phosphate to DMAPP or IPP. It is also known as the deoxyxylulose 5-phosphate (DXP / DXPS / DOXP or DXS) / methylerythritol phosphate (MEP) pathway.

「メバロン酸(MVA)経路」は、アセチルCoaからIPPまでの酵素的経路である。   The “mevalonic acid (MVA) pathway” is an enzymatic pathway from acetyl Coa to IPP.

微生物
2つのテルペン産生経路、解糖系における2つの重要な中間体基質であるピルビン酸およびD−グリセルアルデヒド−3−リン酸(G3P)から開始するデオキシキシルロース 5−リン酸(DXP/DXPS/DOXPまたはDXS)/メチルエリスリトール リン酸(MEP)経路(Hunter et al., 2007, J. Biol. chem. 282: 21573−77)、ならびにアセチルCoAから開始するメバロン酸(MVA)経路(Miziorko, 2011, Arch Biochem Biophys, 505: 131−143)が知られている。多くの異なる分類の微生物が、これら経路のいずれかの存在について研究されている(Lange et al., 2000, PNAS, 97: 13172−77; Trutko et al., 2005, Microbiology, 74: 153−158; Julsing et al., 2007, Appl Microbiol Biotechnol, 75: 1377−84)が、酸化炭素栄養性酢酸産生では研究されていなかった。たとえばDXS経路は、E.coli、 Bacillus、またはMycobacterium中に存在すると見出されており、一方メバロン酸経路は、酵母Saccharomyces、Cloroflexus、またはMyxococcus中に存在する。
Microorganisms Deoxyxylulose 5-phosphate (DXP / DXPS) starting from two terpene production pathways, two important intermediate substrates in glycolysis, pyruvate and D-glyceraldehyde-3-phosphate (G3P) / DOXP or DXS) / methylerythritol phosphate (MEP) pathway (Hunter et al., 2007, J. Biol. Chem. 282: 21573-77), and the mevalonic acid (MVA) pathway (Miziorko, starting from acetyl-CoA) 2011, Arch Biochem Biophys, 505: 131-143). Many different classes of microorganisms have been studied for the presence of either of these pathways (Lange et al., 2000, PNAS, 97: 13172-77; Trutko et al., 2005, Microbiology, 74: 153-158. Julsing et al., 2007, Appl Microbiol Biotechnol, 75: 1377-84) has not been studied in oxytrophic acetic acid production. For example, the DXS path is E. has been found to be present in E. coli, Bacillus, or Mycobacterium, while the mevalonic acid pathway is present in the yeast Saccharomyces, Cloroflexus, or Myxococcus.

酸化炭素栄養性酢酸産生性C.autoethanogenum、C.ljungdahliiのゲノムは、2つの経路のいずれかの存在について本発明者らにより分析された。DXS経路のすべての遺伝子は、C.autoethanogenumおよびC.ljungdahliiで同定され(表1)、一方メバロン酸経路は存在しなかった。さらに、C.autoethanogenum またはC.ljungdahliiなどの酸化炭素栄養性酢酸産生は、代謝最終産物としていずれのテルペンを産生することも知られていない。

Figure 2015519065
Carbon oxide nutrient acetic acid producing C.I. autoethanogenum, C.I. The ljungdahlii genome was analyzed by the inventors for the presence of either of the two pathways. All genes of the DXS pathway are C.I. autoethanogenum and C.I. identified in ljungdahlii (Table 1), while the mevalonate pathway was absent. Furthermore, C.I. autoethanogenum or C.I. Production of oxytrophic acetic acid such as ljungdahlii is not known to produce any terpene as a metabolic end product.
Figure 2015519065

イソプレン単位からの下流のテルペン類合成のための遺伝子もまた両生物で同定された(表2)。

Figure 2015519065
Genes for downstream terpene synthesis from isoprene units were also identified in both organisms (Table 2).
Figure 2015519065

テルペン類はエネルギー濃縮化合物であり、それらの合成は細胞がATPなどのヌクレオシド三リン酸の形態でエネルギーを費やす必要がある。基質としての糖の使用は、ATPのいくつかの分子を得るために解糖から供給される十分なエネルギーを必要とする。基質として糖を使用するDXS経路を介したテルペン類および/またはその前駆体の産生は、ピルビン酸およびD−グリセルアルデヒド−3−リン酸(G3P)の利用可能性により相対的に単純な方法で進行し、G3PはC5ペントースおよびC6ヘキソース糖由来である。これらのC5およびC6分子はしたがって、テルペン類が構成されるC5イソプレン単位へと比較的簡単に変換される。   Terpenes are energy-concentrating compounds, and their synthesis requires cells to spend energy in the form of nucleoside triphosphates such as ATP. The use of sugar as a substrate requires sufficient energy supplied from glycolysis to obtain several molecules of ATP. Production of terpenes and / or their precursors via the DXS pathway using sugar as a substrate is a relatively simple method due to the availability of pyruvate and D-glyceraldehyde-3-phosphate (G3P) G3P is derived from C5 pentose and C6 hexose sugars. These C5 and C6 molecules are therefore relatively easily converted into C5 isoprene units from which terpenes are constructed.

COまたはCO2のようなC1基質を使用する嫌気的酢酸産生では、C1単位からのヘミテルペノイドなどの長い分子を合成することはより難しい。これは特に、C10モノテルペン類、C15セスキテルペン類、またはC40テトラテルペン類などのより長鎖のテルペン類に当てはまる。これまでに酢酸産生菌(天然および組み換え微生物の両方)で報告された最も多くの炭素原子をもつ産物は、C4化合物のブタノール(Kopke et al., 2011, Curr. Opin. Biotechnol. 22: 320−325; Schiel−Bengelsdorf and Durre, 2012, FEBS Letters: 10.1016/j.febslet.2012.04.043; Kopke et al., 2011, Proc. Nat. Sci. U.S.A. 107: 13087−92;米国特許第2011/0236941号)および2,3−ブタンジオール(Kopke et al., 2011, Appl. Environ. Microbiol. 77:5467−75)である。本発明者らは、アセチルCoA中間体を介してC1供給原料COを使用してこれらのより長鎖のテルペンを嫌気的に産生することが驚くべきことに可能であることを示した。   In anaerobic acetic acid production using C1 substrates such as CO or CO2, it is more difficult to synthesize long molecules such as hemiterpenoids from C1 units. This is especially true for longer chain terpenes such as C10 monoterpenes, C15 sesquiterpenes, or C40 tetraterpenes. The product with the most carbon atoms reported so far in acetic acid producing bacteria (both natural and recombinant microorganisms) is the C4 compound butanol (Kopke et al., 2011, Curr. Opin. Biotechnol. 22: 320-). 325; Schiel-Bengelsdorf and Durre, 2012, FEBS Letters: 10.1016 / j.febslet.2012.4.043; Kopke et al., 2011, Proc.Nat.Sci. 92; U.S. Patent No. 2011/0236941) and 2,3-butanediol (Koppe et al., 2011, Appl. Environ. Microbiol. 77: 5467-75). It is. The inventors have shown that it is surprisingly possible to anaerobically produce these longer chain terpenes using a C1 feedstock CO via an acetyl CoA intermediate.

嫌気的酢酸産生菌のWood−Ljungdahl経路のエネルギー論はちょうど明らかになりつつあるが、嫌気的増殖条件下または糖発酵生物の解糖とは異なり、基質レベルのリン酸化によるWood−Ljungdahl経路ではATPを得ることはなく、実際COのギ酸への活性化は実質的に1分子のATPを必要とし、かつ膜勾配を必要とする。本発明者らは、産物の形成のための経路がエネルギー効率に優れていることが重要であると指摘する。本発明者らは、酢酸産生菌では基質COまたはCOはアセチルCoAに直接運ばれ、これは特に糖系システムと比較した場合、6つの反応のみが必要であり、テルペン類および/またはそれらの前駆体への最も直接的な経路を表す(図1)ことを指摘する。嫌気的酢酸産生菌では利用可能なATPはより少ないが、本発明者らは、このより直接的な経路はより高い代謝の流れを持続する(中間体反応のより高い化学的推進力のため)と考える。テルペン生合成経路におけるいくつかの中間体、例えば重要な中間体であるメバロン酸およびFPP、は効率良く代謝回転されないと多くの細菌にとって毒性であるため、より高い代謝の流れは重要である。
より高いATPが利用可能であるにも関わらず、この中間体の毒性の問題は、糖からのテルペン産生における障害となり得る。
The energetics of the Wood-Ljungdahl pathway in anaerobic acetic acid producers is just becoming clear, but unlike anaerobic growth conditions or glycolysis in sugar-fermenting organisms, the Wood-Ljungdahl pathway is ATP in the Wood-Ljungdahl pathway by phosphorylation at the substrate level. In fact, the activation of CO 2 to formic acid requires essentially one molecule of ATP and requires a membrane gradient. The inventors point out that it is important that the pathway for product formation is energy efficient. We found that in acetic acid producing bacteria, the substrate CO or CO 2 is directly transferred to acetyl CoA, which requires only 6 reactions, especially when compared to sugar-based systems, and terpenes and / or their Note that it represents the most direct route to the precursor (Figure 1). Although less ATP is available in anaerobic acetic acid producing bacteria, we have found that this more direct pathway sustains higher metabolic flow (due to the higher chemical driving force of the intermediate reaction). I think. Higher metabolic streams are important because some intermediates in the terpene biosynthetic pathway, such as the key intermediates mevalonic acid and FPP, are toxic to many bacteria if not efficiently turned over.
Despite the availability of higher ATP, this intermediate toxicity problem can be an obstacle in terpene production from sugars.

メバロン酸経路を介するCOからテルペン前駆体IPPおよびDMAPP産生のエネルギー論をDXS経路と比較すると、メバロン酸経路はATPとしてより少ないヌクレオシド三リン酸塩を必要とし、等価物の還元がより少なく、かつアセチルCoAから6つの反応ステップのみが必要でDXS経路と比べてより直接的でもあることを、本発明者らは指摘する。これは、反応および代謝流量の速度に利点を提供し、かつ総合的なエネルギー効率を増大させる。さらに、必要な酵素数がより少ないことは、組み換え微生物を産生するために必要とされる組み換え方法を簡易化する。   Comparing the energetics of terpene precursors IPP and DMAPP production from CO via the mevalonate pathway with the DXS pathway, the mevalonate pathway requires less nucleoside triphosphates as ATP, less equivalent reduction, and We point out that only 6 reaction steps from acetyl-CoA are required and are also more direct compared to the DXS pathway. This provides an advantage to the rate of reaction and metabolic flow and increases overall energy efficiency. Furthermore, the smaller number of enzymes required simplifies the recombination method required to produce recombinant microorganisms.

メバロン酸経路をもつ酢酸産生菌は同定されていないが、本発明者らは、メバロン酸経路および任意にDXS経路をClostridium autoethanogenumまたはC.ljungdahliiなどの酸化炭素栄養性酢酸産生菌に導入してC1炭素基質であるCOからテルペン類および/またはその前駆体を効率的に産生することが可能であることを示した。これはすべての酸化炭素栄養性酢酸産生微生物に適用可能であることが期待される。   Although acetic acid producing bacteria with the mevalonate pathway have not been identified, we have established the mevalonate pathway and optionally the DXS pathway as Clostridium autoethanogenum or C. cerevisiae. It has been shown that it is possible to efficiently produce terpenes and / or precursors thereof from CO, which is a C1 carbon substrate, by introducing into carbon oxide-trophic acetic acid-producing bacteria such as ljungdahlii. This is expected to be applicable to all carbon oxide-trophic acetic acid producing microorganisms.

さらに、テルペン類および/またはその前駆体の産生は、嫌気的条件下で組み換え微生物を使用して可能であるとは全く示されていなかった。イソプレンの嫌気的産生はより安全な操作環境を提供する利点を有する。なぜなら、イソプレンは酸素の存在下で非常に可燃性であり、室温および大気圧下では、1.5〜2.0%の引火下限界(LFL)、および2.0〜12%の引火上限界(UFL)を有するからである。燃焼は酸素なしに起こることはないため、本発明者らは、嫌気的燃焼工程は、すべての生成物濃度、気体組成物、温度および圧力範囲に渡りより安全であるため、望ましいと考える。   Furthermore, the production of terpenes and / or their precursors has never been shown to be possible using recombinant microorganisms under anaerobic conditions. The anaerobic production of isoprene has the advantage of providing a safer operating environment. Because isoprene is highly flammable in the presence of oxygen, it has a lower flammability limit (LFL) of 1.5-2.0% and an upper flammability limit of 2.0-12% at room temperature and atmospheric pressure. This is because (UFL) is included. Because combustion does not occur without oxygen, we believe that an anaerobic combustion process is desirable because it is safer over all product concentrations, gas compositions, temperatures and pressure ranges.

本明細書で前述したように、本発明は、1つ以上のテルペン類および/またはその前駆体、ならびに任意に1つ以上の他の産物を、COを含む基質の発酵によって産生できる組み換え微生物を提供する。   As previously described herein, the present invention provides a recombinant microorganism capable of producing one or more terpenes and / or precursors thereof, and optionally one or more other products, by fermentation of a substrate comprising CO. provide.

さらなる実施形態では、微生物は、
メバロン酸(MVA)経路由来の1つ以上の外来性酵素を発現し、かつ/またはメバロン酸(MVA)経路由来の1つ以上の内在性酵素を過剰発現し;かつ
a)DXS経路由来の1つ以上の外来性酵素を発現し、かつ/またはDXS経路由来の1つ以上の内在性酵素を過剰発現するように
適合される。
In a further embodiment, the microorganism is
Expresses one or more exogenous enzymes from the mevalonate (MVA) pathway and / or overexpresses one or more endogenous enzymes from the mevalonate (MVA) pathway; and a) 1 from the DXS pathway It is adapted to express one or more exogenous enzymes and / or to overexpress one or more endogenous enzymes from the DXS pathway.

1つの実施形態では、組み換え微生物が由来する親微生物はCOを含む基質を発酵してアセチルCoAを産生できるが、アセチルCoAをメバロン酸またはイソペンチルピロリン酸(IPP)に変換できず、かつ組み換え微生物はメバロン酸経路に関与する1つ以上の酵素を発現するよう適合される。   In one embodiment, the parental microorganism from which the recombinant microorganism is derived can ferment a substrate containing CO to produce acetyl CoA, but cannot convert acetyl CoA to mevalonic acid or isopentyl pyrophosphate (IPP), and the recombinant microorganism Are adapted to express one or more enzymes involved in the mevalonate pathway.

本微生物は、たとえば、微生物内の天然の遺伝子の発現を増大すること(たとえば、遺伝子発現を駆動するためにより強力なまたは構成的なプロモーターを導入することにより)と、酵素をコードしかつ酵素を発現するよう適合され外来性核酸を導入することにより特定の酵素をコードする遺伝子のコピー数を増大することと、親微生物中には天然に存在しない酵素をコードしかつ発現するよう適合された外来性核酸を導入することとを含む、任意の数の組み換え方法により1つ以上の酵素を発現しまたは過剰に発現するよう適合されてもよい。   The microorganism can, for example, increase the expression of a natural gene in the microorganism (eg, by introducing a stronger or constitutive promoter to drive gene expression), encode the enzyme and Increasing the copy number of a gene encoding a particular enzyme by introducing an exogenous nucleic acid adapted to express, and an exogenous adapted to encode and express an enzyme that does not naturally occur in the parental microorganism One or more enzymes may be adapted to be expressed or overexpressed by any number of recombinant methods, including introducing a sex nucleic acid.

1つの実施形態では、1つ以上の酵素はメバロン酸(MVA)経路由来であり、かつ
a) チオラーゼ(EC 2.3.1.9)、
b) HMG−CoAシンターゼ(EC 2.3.3.10)、
c) HMG−CoAレダクターゼ(EC 1.1.1.88)、
d) メバロン酸キナーゼ(EC 2.7.1.36)、
e) ホスホメバロン酸キナーゼ(EC 2.7.4.2)、
f) ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ(EC 4.1.1.33)、および
g) 機能的に等価であるそれらのいずれかの変異体
からなる群から選択される。
In one embodiment, the one or more enzymes are from the mevalonate (MVA) pathway and a) a thiolase (EC 2.3.1.9),
b) HMG-CoA synthase (EC 2.3.3.10),
c) HMG-CoA reductase (EC 1.1.1.88),
d) Mevalonate kinase (EC 2.7.1.36),
e) phosphomevalonate kinase (EC 2.7.4.2),
f) selected from the group consisting of diphosphomevalonate decarboxylase (EC 4.1.1.33), and g) any variant thereof that is functionally equivalent.

さらなる実施形態では、任意の1つ以上の酵素はDXS経路由来であり、かつ
a) 1−デオキシ−D−キシルロース−5−リン酸シンターゼ DXS(EC:2.2.1.7)、
b) 1−デオキシ−D−キシルロース 5−リン酸レダクトイソメラーゼ DXR(EC:1.1.1.267)、
c) 2−C−メチル−D−エリスリトール 4−リン酸シチジリルトランスフェラーゼ IspD(EC:2.7.7.60)、
d) 4−ジホスホシチジル−2−C−メチル−D−エリスリトール キナーゼ IspE(EC:2.7.1.148)、
e) 2−C−メチル−D−エリスリトール 2,4−シクロ二リン酸シンターゼ IspF(EC:4.6.1.12)、
f) 4−ヒドロキシ−3−メチルブタ −2−エン−1−イル 二リン酸シンターゼ IspG(EC:1.17.7.1)、
g) 4−ヒドロキシ−3−メチルブタ −2−エニル 二リン酸レダクターゼ(EC:1.17.1.2)、および
h) 機能的に等価であるそれらのいずれかの変異体
からなる群から選択される。
In a further embodiment, any one or more enzymes are from the DXS pathway, and a) 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate synthase DXS (EC: 2.2.1.7),
b) 1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate reductoisomerase DXR (EC: 1.1.1.1267),
c) 2-C-methyl-D-erythritol 4-phosphate cytidylyltransferase IspD (EC: 2.7.7.60),
d) 4-diphosphocytidyl-2-C-methyl-D-erythritol kinase IspE (EC: 2.7.1.1148),
e) 2-C-methyl-D-erythritol 2,4-cyclodiphosphate synthase IspF (EC: 4.6.1.12),
f) 4-hydroxy-3-methylbut-2-en-1-yl diphosphate synthase IspG (EC: 1.7.7.7.1),
g) 4-hydroxy-3-methylbut-2-enyl diphosphate reductase (EC: 1.17.1.2), and h) selected from the group consisting of any variant thereof that is functionally equivalent Is done.

さらなる実施形態では、1つ以上の外来性または内在性のさらなる酵素は、発現または過剰に発現されてテルペン化合物および/またはその前駆体の産生をもたらし、発現される外来性酵素、または過剰発現される内在性酵素は、
a) ゲラニルトランストランスフェラーゼ Fps(EC:2.5.1.10)、
b) ヘプタプレニル二リン酸シンターゼ(EC:2.5.1.10)、
c) オクタプレニル−二リン酸シンターゼ(EC:2.5.1.90)、
d) イソプレンシンターゼ(EC 4.2.3.27)、
e) イソペンテニル−二リン酸Δ−イソメラーゼ(EC EC 5.3.3.2)、
f) ファルネセン シンターゼ(EC 4.2.3.46 / EC 4.2.3.47)、および
g) 機能的に等価であるそれらのいずれかの変異体.
からなる群から選択される。
In further embodiments, one or more exogenous or endogenous additional enzymes are expressed or overexpressed resulting in the production of terpene compounds and / or precursors thereof, expressed exogenous enzymes, or overexpressed. Endogenous enzymes
a) Geranyltransferase Fps (EC: 2.5.1.10),
b) heptaprenyl diphosphate synthase (EC: 2.5.1.10),
c) Octaprenyl-diphosphate synthase (EC: 2.5.1.90),
d) isoprene synthase (EC 4.2.2.37),
e) Isopentenyl-diphosphate Δ-isomerase (EC EC 5.3.3.2),
f) Farnesene synthase (EC 4.2.3.4/EC 4.2.3.4), and g) any variant thereof that is functionally equivalent.
Selected from the group consisting of

例示のためのみに、各酵素の配列情報が本明細書の図面に列挙される。   For illustration purposes only, the sequence information for each enzyme is listed in the drawings herein.

本発明の微生物中で使用される酵素は、細菌の異なる属および種、または他の生物を含む、任意の適切な供給源由来であってもよい。しかしながら、1つの実施形態では、酵素はStaphylococcus aureus由来である。   The enzymes used in the microorganisms of the present invention may be from any suitable source, including different genera and species of bacteria, or other organisms. However, in one embodiment, the enzyme is from Staphylococcus aureus.

1つの実施形態では、酵素イソプレンシンターゼ(ispS)は、Poplar tremuloides由来である。さらなる実施形態では、それは、以下の配列番号21に例示される核酸配列、または機能的に等価なその変異体を有する。   In one embodiment, the enzyme isoprene synthase (ispS) is derived from Poplar tremuloides. In a further embodiment, it has the nucleic acid sequence exemplified in SEQ ID NO: 21 below, or a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、酵素デオキシキシルロース 5−リン酸シンターゼはC.autoethanogenum由来であり、以下の配列番号1に例示される核酸配列によりコードされおよび/または配列番号2に例示されるアミノ酸配列を有し、または機能的に等価なそれらの変異体である。   In one embodiment, the enzyme deoxyxylulose 5-phosphate synthase is C.I. Those derived from autoethanogenum, having the amino acid sequence exemplified by SEQ ID NO: 1 and / or exemplified by SEQ ID NO: 2, or functionally equivalent variants thereof.

1つの実施形態では、酵素1−デオキシ−D−キシルロース 5−リン酸レダクトイソメラーゼ DXRはC.autoethanogenum由来であり、および配列番号3に例示される核酸配列によりコードされ、または機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the enzyme 1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate reductoisomerase DXR is C.I. It is derived from autoethanogenum and is encoded by the nucleic acid sequence exemplified in SEQ ID NO: 3 or is a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、酵素2−C−メチル−D−エリスリトール 4−リン酸シチジリルトランスフェラーゼ IspDはC.autoethanogenum由来であり、かつ配列番号5に例示される核酸配列によりコードされ、または機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the enzyme 2-C-methyl-D-erythritol 4-phosphate cytidylyltransferase IspD is C.I. It is derived from autoethanogenum and is encoded by the nucleic acid sequence exemplified in SEQ ID NO: 5 or is a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、酵素4−ジホスホシチジル−2−C−メチル−D−エリスリトール キナーゼ IspEはC.autoethanogenum由来であり、かつ配列番号7に例示される核酸配列によりコードされ、または機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the enzyme 4-diphosphocytidyl-2-C-methyl-D-erythritol kinase IspE is C.I. It is derived from autoethanogenum and is encoded by the nucleic acid sequence exemplified in SEQ ID NO: 7 or is a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、酵素2−C−メチル−D−エリスリトール 2,4−シクロ二リン酸シンターゼ IspFはC.autoethanogenum由来であり、かつ配列番号9に例示される核酸配列によりコードされ、または機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the enzyme 2-C-methyl-D-erythritol 2,4-cyclodiphosphate synthase IspF is C.I. It is derived from autoethanogenum and is encoded by the nucleic acid sequence exemplified in SEQ ID NO: 9, or is a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、酵素4−ヒドロキシ−3−メチルブタ −2−エン−1−イル 二リン酸シンターゼ IspGはC.autoethanogenum由来であり、かつ配列番号11に例示される核酸配列によりコードされ、または機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the enzyme 4-hydroxy-3-methylbut-2-en-1-yl diphosphate synthase IspG is C.I. It is derived from autoethanogenum and is encoded by the nucleic acid sequence exemplified in SEQ ID NO: 11 or is a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、酵素4−ヒドロキシ−3−メチルブタ −2−エニル 二リン酸レダクターゼはC.autoethanogenum由来であり、かつ配列番号13に例示される核酸配列によりコードされ、または機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the enzyme 4-hydroxy-3-methylbut-2-enyl diphosphate reductase is C.I. It is derived from autoethanogenum and is encoded by the nucleic acid sequence exemplified in SEQ ID NO: 13 or is a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、酵素メバロン酸キナーゼ(MK)はStaphylococcus aureus subsp.aureus Mu50由来であり、かつ配列番号51に例示される核酸配列によりコードされ、または機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the enzyme mevalonate kinase (MK) is Staphylococcus aureus subsp. Aureus Mu50-derived and encoded by the nucleic acid sequence exemplified in SEQ ID NO: 51, or a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、酵素ホスホメバロン酸キナーゼ(PMK)はStaphylococcus aureus subsp.aureus Mu50由来であり、かつ以下の配列番号52に例示される核酸配列によりコードされ、または機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the enzyme phosphomevalonate kinase (PMK) is staphylococcus aureus subsp. It is derived from aureus Mu50 and is encoded by the nucleic acid sequence exemplified in SEQ ID NO: 52 below, or a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、酵素ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ(PMD)はStaphylococcus aureus subsp.aureus Mu50由来であり、かつ配列番号53に例示される核酸配列によりコードされ、または機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the enzyme diphosphomevalonate decarboxylase (PMD) is staphylococcus aureus subsp. It is derived from aureus Mu50 and is encoded by the nucleic acid sequence exemplified in SEQ ID NO: 53 or is a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、酵素イソペンテニル−二リン酸Δ−イソメラーゼ(idi)はClostridium beijerinckii由来であり、かつ以下の配列番号54に例示される核酸配列によりコードされ、または機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the enzyme isopentenyl-diphosphate Δ-isomerase (idi) is derived from Clostridium beijerinckii and is encoded by a nucleic acid sequence exemplified in SEQ ID NO: 54 below, or a functionally equivalent variant thereof Is the body.

1つの実施形態では、酵素チオラーゼ(thIA)はClostridium acetobutylicum ATCC824由来であり、かつ以下の配列番号40に例示される核酸配列によりコードされ、または機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the enzyme thiolase (thIA) is derived from Clostridium acetobutyricum ATCC 824 and is encoded by a nucleic acid sequence exemplified in SEQ ID NO: 40 below, or a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、酵素はチオラーゼ酵素であり、かつStaphylococcus aureus subsp.aureus Mu50由来のアセチル-CoA c−アセチルトランスフェラーゼ(vraB)であり、かつ以下の配列番号41に例示される核酸配列によりコードされ、または機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the enzyme is a thiolase enzyme and Staphylococcus aureus subsp. Aureus Mu50-derived acetyl-CoA c-acetyltransferase (vraB), which is encoded by the nucleic acid sequence exemplified in SEQ ID NO: 41 below, or a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、酵素3−ヒドロキシ−3−メチルグルタリル−CoA シンターゼ(HMGS)はStaphylococcus aureus subsp.aureus Mu50由来であり、かつ以下の配列番号42に例示される核酸配列によりコードされ、または機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the enzyme 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA synthase (HMGS) is obtained from Staphylococcus aureus subsp. It is derived from aureus Mu50 and is encoded by the nucleic acid sequence exemplified in SEQ ID NO: 42 below, or a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、酵素ヒドロキシメチルグルタリル−CoA レダクターゼ(HMGR)はStaphylococcus aureus subsp.aureus Mu50由来であり、かつ以下の配列番号43に例示される核酸配列によりコードされ、または機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the enzyme hydroxymethylglutaryl-CoA reductase (HMGR) is staphylococcus aureus subsp. It is derived from aureus Mu50 and is encoded by the nucleic acid sequence exemplified in SEQ ID NO: 43 below, or a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、酵素ゲラニルトランストランスフェラーゼ(ispA)はEscherichia coli str. K−12 substr. MG1655由来であり、以下の配列番号56に例示される核酸配列によりコードされ、または機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the enzyme geranyl transferase (ispA) is Escherichia coli str. K-12 substr. It is derived from MG1655 and is encoded by a nucleic acid sequence exemplified by SEQ ID NO: 56 below, or a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、酵素ヘプタプレニル二リン酸シンターゼはC.autoethanogenum由来であり、かつ以下の配列番号17に例示される核酸配列によりコードされ、または機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the enzyme heptaprenyl diphosphate synthase is C.I. It is derived from autoethanogenum and is encoded by a nucleic acid sequence exemplified in SEQ ID NO: 17 below, or a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、酵素ポリプレニルシンテターゼはC.autoethanogenum由来であり、かつ配列番号19に例示される核酸配列によりコードされ、または機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the enzyme polyprenyl synthetase is C.I. It is derived from autoethanogenum and is encoded by the nucleic acid sequence exemplified in SEQ ID NO: 19 or is a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、酵素αファルネセンシンターゼ(FS)はMalus x domestica由来であり、かつ以下の配列番号57に例示される核酸配列によりコードされ、または機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the enzyme α-farnesene synthase (FS) is derived from Malus x domestica and is encoded by a nucleic acid sequence exemplified in SEQ ID NO: 57 below, or a functionally equivalent variant thereof. .

微生物において使用する酵素および機能的変異体は、当業者に知られているアッセイにより同定してもよい。特定の実施形態では、酵素イソプレンシンターゼは、Silverら (1991、 Plant Physiol. 97: 1588−1591)またはZhaoら(2011、 Appl Microbiol Biotechnol, 90:1915-1922)によりまとめられた方法により同定されてもよい。さらなる特定の実施形態では、ファルネセンシンターゼは、Greenら (2007、 Phytochemistry; 68: 176−188)によりまとめられた方法により同定されてもよい。さらなる特定の実施形態では、メバロン酸経路に由来する酵素は、HMG−CoAシンターゼに関するCabanoら(1997、 Insect Biochem. Mol. Biol. 27: 499−505)による方法、HMG−CoAレダクターゼおよびメバロン酸キナーゼに関するMaらによる方法(2011、 Metab. Engin., 13:588-597)、ホスホメバロン酸キナーゼによるHerdendorfおよびMiziorkoによる方法(2007、 Biochemistry, 46: 11780−8)、ならびにジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼに関するKrepkiyらによる方法(2004、 Protein Sci. 13: 1875−1881)、Ma らによる2011、 Metab. Engin., 13:588-597の方法により同定されてもよい。DXS経路の1−デオキシ−D−キシルロース 5−リン酸シンターゼは、Kuzuyamaら(2000、 J. Bacteriol. 182, 891−897)によりまとめられた方法を使用してアッセイできる。また、Trutkoら(2005、 Microbiology 74: 153−158)により記載されるようにホスミドマイシンまたはメビロリン(mevinoline)のような阻害剤を使用して、DXS経路およびメバロン酸経路の遺伝子を同定することも可能である。   Enzymes and functional variants used in microorganisms may be identified by assays known to those skilled in the art. In certain embodiments, the enzyme isoprene synthase is identified by the method summarized by Silver et al. (1991, Plant Physiol. 97: 1588-1591) or Zhao et al. (2011, Appl Microbiol Biotechnol, 90: 1915- 1922). Also good. In a further specific embodiment, farnesene synthase may be identified by the method summarized by Green et al. (2007, Phytochemistry; 68: 176-188). In a further specific embodiment, the enzyme from the mevalonate pathway is a method according to Cabano et al. (1997, Insect Biochem. Mol. Biol. 27: 499-505) for HMG-CoA synthase, HMG-CoA reductase and mevalonate kinase. Ma et al. (2011, Metab. Engin., 13: 588-597), Herdendorf and Miziorko method with phosphomevalonate kinase (2007, Biochemistry, 46: 11780-8), and Krepki et al. With diphosphomevalonate decarboxylase. Method (2004, Protein Sci. 13: 1875-1881), Ma et al. 2011, Me tab. Engin. 13: 588-597. The 1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate synthase of the DXS pathway can be assayed using the method summarized by Kuzuyama et al. (2000, J. Bacteriol. 182, 891-897). Also, identifying inhibitors of the DXS and mevalonate pathways using inhibitors such as fosmidomycin or mevinolin as described by Truko et al. (2005, Microbiology 74: 153-158). Is also possible.

1つの実施形態では、微生物は、1つ以上の内在性核酸の発現を増大するよう適合された1つ以上の外来性核酸を含み、かつ1つ以上の内在性核酸は本明細書に前述される酵素のうちの1つ以上をコードする。1つの実施形態では、発現を増大するよう適合され1つ以上の外来性核酸は、調節要素である。1つの実施形態では、調節要素はプロモーターである。1つの実施形態では、プロモーターは、好ましくは適切な発酵条件下で高活性である構成的プロモーターである。誘導可能なプロモーターを使用することもできる。好ましい実施形態では、プロモーターは、Wood−Ljungdahl遺伝子クラスターまたはホスホトランスアセチラーゼ/酢酸キナーゼオペロンプロモーターを含む群から選択される。発現、好ましくは適切な発酵条件下での高レベルの発現を指揮できる他のプロモーターが、例示的な実施形態に代わるものとして有効であることは、当業者には理解できるであろう。   In one embodiment, the microorganism comprises one or more exogenous nucleic acids adapted to increase the expression of one or more endogenous nucleic acids, and the one or more endogenous nucleic acids are as previously described herein. Encodes one or more of the enzymes In one embodiment, the one or more exogenous nucleic acids adapted to increase expression is a regulatory element. In one embodiment, the regulatory element is a promoter. In one embodiment, the promoter is a constitutive promoter that is preferably highly active under suitable fermentation conditions. Inducible promoters can also be used. In a preferred embodiment, the promoter is selected from the group comprising the Wood-Ljungdahl gene cluster or the phosphotransacetylase / acetate kinase operon promoter. One skilled in the art will appreciate that other promoters capable of directing expression, preferably high levels of expression under suitable fermentation conditions, are useful as an alternative to exemplary embodiments.

1つの実施形態では、微生物は、本明細書に前述された1つ以上の酵素をコードしかつ発現するよう適合され1つ以上の外来性核酸を含む。1つの実施形態では、微生物は、少なくとも2つの酵素をコードしかつ発現するよう適合され1つ以上の外来性核酸を含む。他の実施形態では、微生物は、少なくとも3つ、少なくとも4つ、少なくとも5つ、少なくとも5つ、少なくとも6つ、少なくとも7つ、少なくとも8つ、少なくとも9つ以上の酵素をコードしかつ発現するよう適合され1つ以上の外来性核酸を含む。   In one embodiment, the microorganism comprises one or more exogenous nucleic acids that are adapted to encode and express one or more enzymes previously described herein. In one embodiment, the microorganism is adapted to encode and express at least two enzymes and includes one or more exogenous nucleic acids. In other embodiments, the microorganism encodes and expresses at least 3, at least 4, at least 5, at least 5, at least 6, at least 7, at least 8, at least 9 or more enzymes. It is adapted and contains one or more exogenous nucleic acids.

1つの特定の実施形態では、微生物は、本発明の酵素または機能的に等価なその変異体をコードする1つ以上の外来性核酸を含む。   In one particular embodiment, the microorganism comprises one or more exogenous nucleic acids encoding an enzyme of the invention or a functionally equivalent variant thereof.

微生物は1つ以上の外来性核酸を含んでもよい。親微生物を2つ以上の遺伝子成分(遺伝子または調節要素(たとえばプロモーター)など)で形質転換することが望ましい場合、それらは1つ以上の外来性核酸に含まれてもよい。   The microorganism may contain one or more exogenous nucleic acids. If it is desirable to transform a parental microorganism with more than one genetic component (such as a gene or a regulatory element (eg, a promoter)), they may be included in one or more exogenous nucleic acids.

1つの実施形態では、1つ以上の外来性核酸は核酸構築物またはベクターであり、1つの特定の実施形態では、任意の組み合わせで本明細書に記載される酵素の1つ以上をコードするプラスミドである。   In one embodiment, the one or more exogenous nucleic acids are nucleic acid constructs or vectors, and in one particular embodiment, a plasmid that encodes one or more of the enzymes described herein in any combination. is there.

外来性核酸は、親微生物の形質転換の際、染色体の外に保持してもよく、または親微生物のゲノムに統合してもよい。したがって、外来性核酸は、統合を支援するよう適合されたさらなるヌクレオチド配列(たとえば、宿主ゲノムへのホモログ組み換えおよび標的化した統合を可能にする領域)または、染色体外の構築物の発現および複製を支援するよう適合されたさらなるヌクレオチド配列(たとえば、複製起源、プロモーターおよび他の調節要素または配列)を含んでもよい。   The exogenous nucleic acid may be retained outside the chromosome during the transformation of the parent microorganism, or may be integrated into the genome of the parent microorganism. Thus, the exogenous nucleic acid supports the expression and replication of additional nucleotide sequences adapted to support integration (eg, regions that allow homologous recombination and targeted integration into the host genome) or extrachromosomal constructs. Additional nucleotide sequences adapted to do so (eg, origin of replication, promoter and other regulatory elements or sequences) may be included.

1つの実施形態では、本明細書に前述した1つ以上の酵素をコードする外来性核酸は、外来性核酸によりコードされる1つ以上の酵素の発現を促進するよう適合されプロモーターをさらに含む。1つの実施形態では、プロモーターは、好ましくは適切な発酵条件下で高活性である構成的プロモーターである。誘導可能なプロモーターも使用できる。好ましい実施形態では、プロモーターは、Wood−Ljungdahl遺伝子クラスターおよびホスホトランスアセチラーゼ/酢酸キナーゼプロモーターを含む群から選択される。発現、好ましくは適切な発酵条件下での高レベルの発現を指示できる他のプロモーターが、例示した実施形態の代替方法として有効であることは、当業者には理解できるであろう。   In one embodiment, the exogenous nucleic acid encoding one or more enzymes previously described herein further comprises a promoter adapted to promote expression of the one or more enzymes encoded by the exogenous nucleic acid. In one embodiment, the promoter is a constitutive promoter that is preferably highly active under suitable fermentation conditions. Inducible promoters can also be used. In a preferred embodiment, the promoter is selected from the group comprising the Wood-Ljungdahl gene cluster and the phosphotransacetylase / acetate kinase promoter. One skilled in the art will appreciate that other promoters capable of directing expression, preferably high levels of expression under suitable fermentation conditions, are useful as an alternative to the illustrated embodiments.

1つの実施形態では、外来性核酸は発現プラスミドである。   In one embodiment, the exogenous nucleic acid is an expression plasmid.

1つの特定の実施形態では、親微生物がは酸化炭素栄養性酢酸産生細菌の群から選択される。特定の実施形態では、微生物は、Clostridium autoethanogenum、Clostridium ljungdahlii、Clostridium ragsdalei、Clostridium carboxidivorans、Clostridium drakei、Clostridium scatologenes、Clostridium aceticum、Clostridium formicoaceticum、Clostridium magnum、Butyribacterium methylotrophicum、Acetobacterium woodii、Alkalibaculum bacchii、Blautia producta、Eubacterium limosum、Moorella thermoacetica、Moorella thermautotrophica、Sporomusa ovata、Sporomusa silvacetica、Sporomusa sphaeroides、Oxobacter pfennigii、およびThermoanaerobacter kiuviを含む群から選択される。   In one particular embodiment, the parental microorganism is selected from the group of oxytrophic acetic acid producing bacteria. In certain embodiments, the microorganism, Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii, Clostridium ragsdalei, Clostridium carboxidivorans, Clostridium drakei, Clostridium scatologenes, Clostridium aceticum, Clostridium formicoaceticum, Clostridium magnum, Butyribacterium methylotrophicum, Acetobacterium woodii, Alkalibaculum bacchii, Blautia producta, Eubacterium lim Osum, Moorella thermoacetica, Moorella thermoautotropica, Sporumusa ovata, Sporousa sylvaetica, Sporomusa sphaeroides, Oxobacter pfennigi, and Toxobacter pfennigi.

1つの特定の実施形態では、親微生物は、C.autoethanogenum、C.ljungdahlii、C.ragsdaleiおよび関連する単離菌を含む、エタノール産生、酢酸産生クロストリジウムのクラスターから選択される。これらは、限定するものではないが、株化細胞C.autoethanogenum JAI−1T DSM10061)[Abrini J, Naveau H, Nyns E−J: Clostridium autoethanogenum, sp. nov., an anaerobic bacterium that produces ethanol from carbon monoxide. Arch Microbiol 1994, 4: 345−351]、C.autoethanogenum LBS1560(DSM19630)[Simpson SD, Forster RL, Tran PT, Rowe MJ, Warner IL: Novel bacteria and methods thereof. International patent 2009, WO/2009/064200]、C.autoethanogenum LBS1561(DSM23693)、C.ljungdahlii PETC(DSM13528 = ATCC 55383)[Tanner RS, Miller LM, Yang D: Clostridium ljungdahlii sp. nov., an Acetogenic Species in Clostridial rRNA Homology Group I. Int J Syst Bacteriol 1993, 43: 232−236]、C.ljungdahlii ERI−2(ATCC 55380)[Gaddy JL: Clostridium stain which produces acetic acid from waste gases. US patent 1997, 5,593,886]、C.ljungdahlii C−01 (ATCC 55988)[Gaddy JL, Clausen EC, Ko C−W: Microbial process for the preparation of acetic acid as well as solvent for its extraction from the fermentation broth. US patent, 2002, 6,368,819]、C.ljungdahlii O−52 (ATCC 55989)[Gaddy JL, Clausen EC, Ko C−W: Microbial process for the preparation of acetic acid as well as solvent for its extraction from the fermentation broth. US patent, 2002, 6,368,819]、C.ragsdalei P11(ATCC BAA−622)[Huhnke RL, Lewis RS, Tanner RS: Isolation and Characterization of novel Clostridial Species. International patent 2008, WO 2008/028055]、「C.coskatii」[Zahn et al − Novel ethanologenic species Clostridium coskatii (US Patent Application number US20110229947)]および「Clostridium sp.」(Tyurin et al., 2012, J. Biotech Res. 4: 1−12)などの関連した単離菌、またはC.ljungdahlii OTA−1(Tirado−Acevedo O. Production of Bioethanol from Synthesis Gas Using Clostridium ljungdahlii. PhD thesis, North Carolina State University, 2010)などの変異株が挙げられる。これらの株は、クロストリジウムrRNAクラスター1内のサブクラスターを形成し、それらの16S rRNA遺伝子は、30%前後の同様の低GC含量を有し99%超同一である。しかしながら、DNA−DNA再会合およびDNAフィンガープリンティング実験は、これらの株は別々の種に属することを示した[Huhnke RL, Lewis RS, Tanner RS: Isolation and Characterization of novel Clostridial Species. International patent 2008, WO 2008/028055]。 In one particular embodiment, the parental microorganism is C.I. autoethanogenum, C.I. ljungdahlii, C.I. Selected from clusters of ethanol-producing, acetic acid-producing Clostridium, including ragsdalei and related isolates. These include, but are not limited to, the established cell line C.I. autoethanogenum JAI-1T DSM10061) [Abrini J, Naveau H, Nyns EJ: Clostridium autoethanogenum, sp. nov. , Anaerobic battery that products ethanol carbon monoxide. Arch Microbiol 1994, 4: 345-351], C.I. autoethanogenum LBS 1560 (DSM 19630) [Simpson SD, Forster RL, Tran PT, Rowe MJ, Warner IL: Novell bacteria and methods theof. International patent 2009, WO / 2009/064200], C.I. autoethanogenum LBS 1561 (DSM23693), C.I. ljungdahlii PETC T (DSM 13528 = ATCC 55383) [Tanner RS, Miller LM, Yang D: Clostridium ljungdahlii sp. nov. , An Acetogenic Species in Clostrial rRNA Homology Group I. Int J Systact Bacteriol 1993, 43: 232-236], C.I. ljungdahlii ERI-2 (ATCC 55380) [Gaddy JL: Clostridium stain what products acetic acid from waste gases. US patent 1997, 5,593,886], C.I. ljungdahlii C-01 (ATCC 55988) [Gaddy JL, Clausen EC, Ko C-W: Microbial process for the preparation of the world as well as the solvent. US patent, 2002, 6, 368, 819], C.I. ljungdahlii O-52 (ATCC 55989) [Gaddy JL, Clausen EC, Ko C-W: Microbial process for the preparation of the world as well as the solvent. US patent, 2002, 6, 368, 819], C.I. ragsdalei P11 T (ATCC BAA-622) [Hunnke RL, Lewis RS, Tanner RS: Isolation and Characteristic of novel Clostritional Species. International patent 2008, WO 2008/028055], “C. coskatati” [Zahn et al-Novel ethanolic technology estro um Jr. U.S. 201 and U.S. Patent Application. Res.4: 1-12) or related isolates such as C.I. ljungdahlii OTA-1 (Tirado-Acevedo O. Production of Bioethanol from Synthesis Synthesis Gas Using Clostridium ljungdahlii. PhD thesis, North Carolina Ut. These strains form sub-clusters within Clostridium rRNA cluster 1, and their 16S rRNA genes are similar to more than 99% with similar low GC content around 30%. However, DNA-DNA reassociation and DNA fingerprinting experiments indicated that these strains belonged to different species [Hunnke RL, Lewis RS, Tanner RS: Isolation and Characteristic of novel Crossspecials. International patent 2008, WO 2008/028055].

このクラスターのすべての種は、同様の形態およびサイズを有し(対数増殖期細胞は、0.5〜0.7×3〜5μmである)中温性(最適増殖温度 30〜37℃)および厳密に嫌気性である[Tanner RS, Miller LM, Yang D: Clostridium ljungdahlii sp. nov., an Acetogenic Species in Clostridial rRNA Homology Group I. Int J Syst Bacteriol 1993, 43: 232−236; Abrini J, Naveau H, Nyns E−J: Clostridium autoethanogenum, sp. nov., an anaerobic bacterium that produces ethanol from carbon monoxide. Arch Microbiol 1994, 4: 345−351; Huhnke RL, Lewis RS, Tanner RS: Isolation and Characterization of novel Clostridial Species. International patent 2008, WO 2008/028055]。さらに、これらは、同じpH範囲(pH4〜7.5、最適初期pH:5.5〜6)、同様の増殖率かつ主な発酵最終産物としてエタノールおよび酢酸を有する同様の代謝プロファイル、CO含有気体での強力な独立栄養性増殖、ならびに特定の条件下で形成される少量の2,3−ブタンジオールおよび乳酸、などの同様の主要な系統的な性質を共有する[Tanner RS, Miller LM, Yang D: Clostridium ljungdahlii sp. nov., an Acetogenic Species in Clostridial rRNA Homology Group I. Int J Syst Bacteriol 1993, 43: 232−236; Abrini J, Naveau H, Nyns E−J: Clostridium autoethanogenum, sp. nov., an anaerobic bacterium that produces ethanol from carbon monoxide. Arch Microbiol 1994, 4: 345−351; Huhnke RL, Lewis RS, Tanner RS: Isolation and Characterization of novel Clostridial Species. International patent 2008, WO 2008/028055]。インドール産生もまた、3つすべての種で観察された。しかしながら、この種は、多様な糖(たとえばラムノース、アラビノース)、酸(たとえばグルコン酸、クエン酸)、アミノ酸(たとえば、アルギニン、ヒスチジン)、または他の基質(たとえばベタイン、ブタノール)の基質の利用において差異がある。さらに、一部の種は、特定のビタミン類(たとえばチアミン、ビオチン)に対する独立栄養生物であることが見いだされたが、そうでない種もある。   All species of this cluster have similar morphology and size (logarithmic growth phase cells are 0.5-0.7 × 3-5 μm) mesophilic (optimal growth temperature 30-37 ° C.) and strictly Anaerobic [Tanner RS, Miller LM, Yang D: Clostridium ljungdahlii sp. nov. , An Acetogenic Species in Clostrial rRNA Homology Group I. Int J Systact Bacteriol 1993, 43: 232-236; Abrin J, Naveau H, Nyns EJ: Clostridium autoethanogenum, sp. nov. , Anaerobic battery that products ethanol carbon monoxide. Arch Microbiol 1994, 4: 345-351; Huhnke RL, Lewis RS, Tanner RS: Isolation and Characteristic of novel Crossspecials. International patent 2008, WO 2008/028055]. Furthermore, they have the same pH range (pH 4-7.5, optimum initial pH: 5.5-6), similar growth profile and similar metabolic profile with ethanol and acetic acid as main fermentation end products, CO-containing gas Share similar major systematic properties such as strong autotrophic growth at low pressure and small amounts of 2,3-butanediol and lactic acid formed under certain conditions [Tanner RS, Miller LM, Yang D: Clostridium ljungdahlii sp. nov. , An Acetogenic Species in Clostrial rRNA Homology Group I. Int J Systact Bacteriol 1993, 43: 232-236; Abrin J, Naveau H, Nyns EJ: Clostridium autoethanogenum, sp. nov. , Anaerobic battery that products ethanol carbon monoxide. Arch Microbiol 1994, 4: 345-351; Huhnke RL, Lewis RS, Tanner RS: Isolation and Characteristic of novel Crossspecials. International patent 2008, WO 2008/028055]. Indole production was also observed in all three species. However, this species is in use with substrates of various sugars (eg rhamnose, arabinose), acids (eg gluconic acid, citric acid), amino acids (eg arginine, histidine), or other substrates (eg betaine, butanol). There is a difference. In addition, some species have been found to be autotrophic for certain vitamins (eg thiamine, biotin), while others are not.

1つの実施形態では、親酸化炭素栄養性酢酸産生微生物は、Clostridium autoethanogenum、Clostridium ljungdahlii、Clostridium ragsdalei、Clostridium carboxidivorans、Clostridium drakei、Clostridium scatologenes、Butyribacterium limosum、Butyribacterium methylotrophicum、Acetobacterium woodii、Alkalibaculum bacchii、Blautia producta、Eubacterium limosum、Moorella thermoacetica、Moorella thermautotrophica、Oxobacter pfennigii、および Thermoanaerobacter kiuviからなる群から選択される。   In one embodiment, the parent carbon oxides nutritive acid-producing microorganism, Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii, Clostridium ragsdalei, Clostridium carboxidivorans, Clostridium drakei, Clostridium scatologenes, Butyribacterium limosum, Butyribacterium methylotrophicum, Acetobacterium woodii, Alkalibaculum bacchii, Blautia producta, Eubacterium limosum, Moorella thermoacetica, Moo ella thermautotrophica, is selected from the group consisting of Oxobacter pfennigii, and Thermoanaerobacter kiuvi.

第1または第2の態様の1つの特定の実施形態では、親微生物は、Clostridium autoethanogenum、Clostridium ljungdahlii、Clostridium ragsdalei、Clostridium carboxidivorans、Clostridium drakei、Clostridium scatologenes、Clostridium aceticum、Clostridium formicoaceticum、Clostridium magnumを含む酸化炭素栄養性クロストリジウムの群から選択される。   In one particular embodiment of the first or second aspect, the parent microorganism, Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii, Clostridium ragsdalei, Clostridium carboxidivorans, Clostridium drakei, Clostridium scatologenes, Clostridium aceticum, Clostridium formicoaceticum, carbon oxides containing Clostridium magnum Selected from the group of nutritional Clostridium.

1つの実施形態では、微生物は、C.autoethanogenum、C.ljungdahlii、および「C.ragsdalei」ならびに関連する単離菌を含む酸化炭素栄養性クロストリジウムのクラスターから選択される。これらは、限定するものではないが、細菌株C.autoethanogenum JAI−1(DSM10061) (Abrini, Naveau, & Nyns, 1994)、C.autoethanogenum LBS1560(DSM19630)(WO/2009/064200)、C.autoethanogenum LBS1561(DSM23693)、C.ljungdahlii PETCT(DSM13528 = ATCC 55383)(Tanner, Miller, & Yang, 1993)、C.ljungdahlii ERI−2(ATCC 55380)(米国特許第5,593,886号)、C.ljungdahlii C−01(ATCC 55988)(米国特許第6,368,819号)、C.ljungdahlii O−52(ATCC 55989)(米国特許第6,368,819号)、または 「C.ragsdalei P11」(ATCC BAA−622)(WO 2008/028055)、ならびに「C. coskatii」 (米国特許第2011/0229947号)、「Clostridium sp. MT351」(Michael Tyurin & Kiriukhin, 2012)などの関連する単離菌およびC.ljungdahlii OTA−1(Tirado−Acevedo O. Production of Bioethanol from Synthesis Gas Using Clostridium ljungdahlii. PhD thesis, North Carolina State University, 2010)などのそれらの変異株を含む。 In one embodiment, the microorganism is C.I. autoethanogenum, C.I. Selected from a cluster of oxytrophic Clostridium, including ljungdahlii, and “C. ragsdalei” and related isolates. These include but are not limited to bacterial strains C.I. autoethanogenum JAI-1 T (DSM10061) (Abrini, Naveau, & Nyns, 1994), C.I. autoethanogenum LBS1560 (DSM19630) (WO / 2009/064200), C.I. autoethanogenum LBS 1561 (DSM23693), C.I. ljungdahlii PETCT (DSM 13528 = ATCC 55383) (Tanner, Miller, & Yang, 1993), C.I. ljungdahlii ERI-2 (ATCC 55380) (US Pat. No. 5,593,886), C.I. ljungdahlii C-01 (ATCC 55988) (US Pat. No. 6,368,819), C.I. ljungdahlii O-52 (ATCC 55989) (US Pat. No. 6,368,819), or “C. ragsdalei P11 T ” (ATCC BAA-622) (WO 2008/028055), and “C. coskatii” (US patent) No. 2011/0229947), “Clostridium sp. MT351” (Michael Tyurin & Kiriukin, 2012) and related isolates such as C.I. ljungdahlii OTA-1 (including the Tirado-Acevedo O. Production of Bioethanol from Synthesis Synthesis Gas Using Clostridium ljungdahlii. PhD thesis, North Carolina U.S.

DNA−DNA再会合およびDNAフィンガープリンティングの実験により判定されるように別々の種類であるにも関わらずこれらの株は、16S rRNA遺伝子レベルで少なくとも99%の同一性を有し、クロストリジウムrRNAクラスターI内のサブクラスターを形成する。(Collins et al., 1994)(WO 2008/028055、米国特許第2011/0229947号)   Despite being of different types as determined by DNA-DNA reassociation and DNA fingerprinting experiments, these strains have at least 99% identity at the 16S rRNA gene level and have a Clostridial rRNA cluster I Form sub-clusters within. (Collins et al., 1994) (WO 2008/028055, US Pat. No. 2011/0229947)

このクラスターの株は、同様の遺伝子型および表現型の両方を有し、共通の特徴により定義され、かつエネルギー保存および発酵代謝の同じ様式を共有する。このクラスターの株はシトクロムを欠いており、かつRnf複合体を介してエネルギーを保存する。   Strains of this cluster have both similar genotypes and phenotypes, are defined by common features, and share the same mode of energy conservation and fermentation metabolism. This cluster strain lacks cytochrome and conserves energy via the Rnf complex.

このクラスターの株は4.2MBp前後のゲノムサイズを有し(Kopke et al., 2010)かつ32モル%前後のGC組成物を有し(Abrini et al., 1994; Kopke et al., 2010; Tanner et al., 1993) (WO 2008/028055; US patent 2011/0229947)、かつWood−Ljungdahl経路の酵素をコードする必須の重要な遺伝子オペロンが保存されている(一酸化炭素デヒドロゲナーゼ、ホルミルテトラヒドロ葉酸シンテターゼ、メチレン−テトラヒドロ葉酸デヒドロゲナーゼ、ホルミル−テトラヒドロ葉酸シクロヒドロラーゼ、メチレン−テトラヒドロ葉酸レダクターゼ、および一酸化炭素デヒドロゲナーゼ/アセチル−CoAシンターゼ)、ヒドロゲナーゼ、ギ酸デヒドロゲナーゼ、Rnf複合体(rnfCDGEAB)、ピルビン酸:フェレドキシンオキシドレダクターゼ、アルデヒド:フェレドキシンオキシドレダクターゼ(Kopke et al., 2010, 2011)。Wood−Ljungdahl経路遺伝子の組織化および数は、気体の取り込みに関与し、核酸およびアミノ酸配列において差異があるにも関わらず、すべての種において同じであることが見いだされている(Kopke et al., 2011)。   Strains of this cluster have a genome size of around 4.2 MBp (Kopke et al., 2010) and a GC composition of around 32 mol% (Abrini et al., 1994; Kopke et al., 2010; Tanner et al., 1993) (WO 2008/028055; US patent 2011/0229947), and an essential gene operon encoding the Wood-Ljungdahl pathway enzyme is conserved (carbon monoxide dehydrogenase, formyltetrahydrofolate) Synthetase, methylene-tetrahydrofolate dehydrogenase, formyl-tetrahydrofolate cyclohydrolase, methylene-tetrahydrofolate reductase, and carbon monoxide dehydrogenase / acetyl-Co A synthase), hydrogenase, formate dehydrogenase, Rnf complex (rnfCDGEAB), pyruvate: ferredoxin oxidoreductase, aldehyde: ferredoxin oxidoreductase (Kopke et al., 2010, 2011). The organization and number of the Wood-Ljungdahl pathway genes are found to be the same in all species, despite involvement in gas uptake and differences in nucleic acid and amino acid sequences (Kopke et al. , 2011).

これらの株は、同様の形態およびサイズを有し(対数増殖期細胞は、0.5〜0.7×3〜5μmである)、中温性であり(最適な増殖温度30〜37℃)、かつ厳密に嫌気性である(Abrini et al., 1994; Tanner et al., 1993)(WO 2008/028055)。さらに、それらはすべて、同じpH範囲(pH4〜7.5 最適初期pH5.5〜6)、同様の増殖比率でCO含有気体での強力な独立栄養性増殖、ならびにある条件下で形成される少量の2,3−ブタンジオールおよび乳酸を有する、主要な発酵の最終産物としてエタノールおよび酢酸を有する代謝プロファイル、などの同じの主要な系統発生性質を共有する(Abrini et al., 1994; Kopke et al., 2011; Tanner et al., 1993)。しかしながら、これらの種は、様々な糖(たとえばラムノース、アラビノース)、酸(たとえばグルコン酸、クエン酸)、アミノ酸(たとえばアルギニン、ヒスチジン)、または他の基質(たとえばベタイン、ブタノール)の基質の利用において差異がある。一部の種はあるビタミン類(たとえばチアミン、ビオチン)に対して栄養要求性であることが見出されているが、他の種はそうではない。対応するアルコールへのカルボン酸の還元が、様々なこれらの生物で示されている(Perez, Richter, Loftus, & Angenent, 2012)。   These strains have similar morphology and size (logarithmic growth phase cells are 0.5-0.7 × 3-5 μm), are mesophilic (optimal growth temperature 30-37 ° C.), And strictly anaerobic (Abrini et al., 1994; Tanner et al., 1993) (WO 2008/028055). Furthermore, they all have the same pH range (pH 4-7.5 optimum initial pH 5.5-6), strong autotrophic growth with CO-containing gases at similar growth ratios, as well as small amounts formed under certain conditions Share the same main phylogenetic properties, such as metabolic profile with ethanol and acetic acid as the end products of the main fermentation, with 2,3-butanediol and lactic acid (Abrini et al., 1994; Kopke et al , 2011; Tanner et al., 1993). However, these species are in use with substrates of various sugars (eg rhamnose, arabinose), acids (eg gluconic acid, citric acid), amino acids (eg arginine, histidine), or other substrates (eg betaine, butanol). There is a difference. Some species have been found to be auxotrophic for certain vitamins (eg thiamine, biotin), while others are not. Reduction of carboxylic acids to the corresponding alcohols has been shown in a variety of these organisms (Perez, Richter, Loftus, & Agent, 2012).

記載される特徴は、C.autoethanogenumまたはC.ljungdahliiのような1つの生物に特異的ではなく、むしろ酸化炭素栄養性エタノール―合成クロストリジウムの一般的な特徴である。したがって、本発明は、性能に差異があるかもしれないが、これらの株全体で機能することが予測され得る。   The described features include C.I. autoethanogenum or C.I. It is not specific to one organism such as ljungdahlii, but rather is a general feature of carbon oxide-trophic ethanol-synthetic clostridial. Thus, the present invention may be expected to work across these strains, although there may be differences in performance.

本発明の組み換え酸化炭素栄養性酢酸産生微生物は、親酸化炭素栄養性酢酸産生微生物および1つ以上の外来性核酸から、組み換え微生物を産生するための当業者に知られている任意の数の技術を使用して、調製されてもよい。例としてのみであるが、形質転換(形質導入またはトランスフェクションを含む)は、エレクトロポレーション、電気融合、超音波処理、ポリエチレングリコール媒介形質転換、接合、または化学的および天然のコンピテンスにより達成されてもよい。適切な形質転換技術は例えば、Sambrook J, Fritsch EF, Maniatis T: Molecular Cloning: A laboratory Manual, Cold Spring Harbour Labrotary Press, Cold Spring Harbour, 1989に記載される。   The recombinant carbon oxytrophic acetic acid producing microorganism of the present invention can be any number of techniques known to those of skill in the art for producing recombinant microorganisms from a parent carbon oxytrophic acetic acid producing microorganism and one or more exogenous nucleic acids. May be used to prepare. By way of example only, transformation (including transduction or transfection) has been achieved by electroporation, electrofusion, sonication, polyethylene glycol mediated transformation, conjugation, or chemical and natural competence. Also good. Suitable transformation techniques are described, for example, in Sambrook J, Fritsch EF, Maniatis T: Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Press, Cold 9 Spring Spring, 198.

エレクトロポレーションは、C.ljungdahlii (Kopke et al., 2010; Leang, Ueki, Nevin, & Lovley, 2012) (PCT/NZ2011/000203; WO2012/053905)、C.autoethanogenum(PCT/NZ2011/000203; WO2012/053905)、Acetobacterium woodii (Stratz, Sauer, Kuhn, & Durre, 1994)またはMoorella thermoacetica(Kita et al., 2012)などのいくつかの酸化炭素栄養性酢酸産生菌について記載されており、C.acetobutylicum(Mermelstein, Welker, Bennett, & Papoutsakis, 1992)、C.cellulolyticum(Jennert, Tardif, Young, & Young, 2000)またはC.thermocellum(MV Tyurin, Desai, & Lynd, 2004)などの多くのクロストリジウム菌で用いられる標準の方法である。   Electroporation is a C.I. ljungdahlii (Kopke et al., 2010; Leang, Ueki, Nevin, & Lovley, 2012) (PCT / NZ2011 / 000203; WO2012 / 053905), C.I. autoethanogenum (PCT / NZ2011 / 000203; WO2012 / 053905), Acetobacterium woodi (Stratz, Sauer, Kuhn, & Durre, 1994) or Moorella thermoacetica (alkaline acid production) And C.I. acetobutylicum (Mermelstein, Welker, Bennett, & Papoutakis, 1992), C.I. cellulolyticum (Jennert, Tardif, Young, & Young, 2000) or C.I. It is a standard method used in many Clostridium bacteria, such as thermocellum (MV Tyurin, Desai, & Lynd, 2004).

電気融合は、酢酸産生菌Clostridium sp. MT351 について記載されている(Tyurin and Kiriukhin, 2012)。   Electrofusion is performed by acetic acid producing bacteria Clostridium sp. MT351 has been described (Tyurin and Kiriukin, 2012).

プロファージ導入は、C.scatologenes(Prasanna Tamarapu Parthasarathy, 2010, Development of a Genetic Modification System in Clostridium scatologenes ATCC 25775 for Generation of Mutants, Masters Project Western Kentucky University)の場合に同様に酸化炭素栄養性酢酸産生菌について記載されている。   The introduction of prophage is C. scatologenes (Prasanna Tamarapu Parthasarathy, 2010, Development of a Genetic Modification System in Clostridium scatologenes ATCC 25775 for Generation of Mutants, Masters Project Western Kentucky University) have been described for similarly oxidized carbon nutritional acetate-producing bacteria in the case of.

接合は、酢酸産生菌Clostridium difficile(Herbert, O’Keeffe, Purdy, Elmore, & Minton, 2003)およびC.acetobuylicum(Williams, Young, & Young, 1990)を含む多くの他のクロストリジウムに対して選択される方法として記載されている。   Conjugation was performed by acetic acid producing bacteria Clostridium difficile (Herbert, O'Keeffe, Purdy, Elmore, & Minton, 2003) and C.I. It has been described as the method of choice for many other clostridiums, including acetobulycum (Williams, Young, & Young, 1990).

1つの実施形態では、親株は唯一の炭素およびエネルギー供給源としてCOを使用する。   In one embodiment, the parent strain uses CO as the sole carbon and energy source.

1つの実施形態では、親微生物は、Clostridium autoethanogenumまたはClostridium ljungdahliiである。1つの特定の実施形態では、微生物は、Clostridium autoethanogenum DSM23693である。別の特定の実施形態では、微生物はClostridium ljungdahlii DSM13528(またはATCC55383)である。   In one embodiment, the parental microorganism is Clostridium autoethanogenum or Clostridium ljungdahlii. In one particular embodiment, the microorganism is Clostridium autoethanogenum DSM23693. In another specific embodiment, the microorganism is Clostridium ljungdahlii DSM 13528 (or ATCC 55383).

核酸
本発明はまた、本発明の組換え微生物を作成するのに使用される1つ以上の核酸または核酸構築物を提供する。
Nucleic acids The present invention also provides one or more nucleic acids or nucleic acid constructs used to make the recombinant microorganisms of the present invention.

1つの実施形態では、核酸はメバロン酸(MVA)経路および任意にDXS経路の1つ以上の酵素をコードする配列を含み、微生物中で発現された場合COを含む基質の発酵により微生物に1つ以上のテルペン類および/またはその前駆体を産生させる。1つの特定の実施形態では、本発明は、微生物中で発現された場合COを含む基質の発酵により微生物に1つ以上のテルペン類および/またはその前駆体を産生させる、2つ以上の酵素をコードする核酸を提供する。1つの実施形態では、本発明の核酸は3つ、4つ、または5つ以上のそのような酵素をコードする。   In one embodiment, the nucleic acid comprises a sequence encoding one or more enzymes of the mevalonate (MVA) pathway and optionally the DXS pathway, and is expressed in the microorganism by fermentation of a substrate comprising CO when expressed in the microorganism. The above terpenes and / or precursors thereof are produced. In one particular embodiment, the present invention comprises two or more enzymes that, when expressed in a microorganism, cause the microorganism to produce one or more terpenes and / or precursors thereof by fermentation of a substrate comprising CO. Nucleic acids encoding are provided. In one embodiment, the nucleic acids of the invention encode three, four, five or more such enzymes.

1つの実施形態では、核酸によりコードされる1つ以上の酵素はメバロン酸(MVA)経路由来であり、
a) チオラーゼ(EC 2.3.1.9)、
b) HMG−CoAシンターゼ(EC 2.3.3.10)、
c) HMG−CoAレダクターゼ(EC 1.1.1.88)、
d) メバロン酸キナーゼ(EC 2.7.1.36)、
e) ホスホメバロン酸キナーゼ(EC 2.7.4.2)、
f) ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ(EC 4.1.1.33)、および
g) 機能的に等価であるそれらのいずれかの変異体
からなる群から選択される。
In one embodiment, the one or more enzymes encoded by the nucleic acid are from the mevalonate (MVA) pathway,
a) thiolase (EC 2.3.1.9),
b) HMG-CoA synthase (EC 2.3.3.10),
c) HMG-CoA reductase (EC 1.1.1.88),
d) Mevalonate kinase (EC 2.7.1.36),
e) phosphomevalonate kinase (EC 2.7.4.2),
f) selected from the group consisting of diphosphomevalonate decarboxylase (EC 4.1.1.33), and g) any variant thereof that is functionally equivalent.

さらなる実施形態では、核酸によりコードされる1つ以上の酵素はDXS経路由来であり、
a) 1−デオキシ−D−キシルロース−5−リン酸シンターゼ DXS(EC:2.2.1.7)、
b) 1−デオキシ−D−キシルロース 5−リン酸レダクトイソメラーゼ DXR (EC:1.1.1.267)、
c) 2−C−メチル−D−エリスリトール 4−リン酸シチジリルトランスフェラーゼ IspD(EC:2.7.7.60)、
d) 4−ジホスホシチジル−2−C−メチル−D−エリスリトール キナーゼ IspE(EC:2.7.1.148)、
e) 2−C−メチル−D−エリスリトール 2,4−シクロ二リン酸シンターゼ IspF(EC:4.6.1.12)、
f) 4−ヒドロキシ−3−メチルブタ −2−エン−1−イル 二リン酸シンターゼ IspG(EC:1.17.7.1)、
g) 4−ヒドロキシ−3−メチルブタ −2−エニル 二リン酸レダクターゼ(EC:1.17.1.2)、および
h) 機能的に等価であるそれらのいずれかの変異体
からなる群から選択される。
In a further embodiment, the one or more enzymes encoded by the nucleic acid are from the DXS pathway,
a) 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate synthase DXS (EC: 2.2.1.7),
b) 1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate reductoisomerase DXR (EC: 1.1.1.1267),
c) 2-C-methyl-D-erythritol 4-phosphate cytidylyltransferase IspD (EC: 2.7.7.60),
d) 4-diphosphocytidyl-2-C-methyl-D-erythritol kinase IspE (EC: 2.7.1.1148),
e) 2-C-methyl-D-erythritol 2,4-cyclodiphosphate synthase IspF (EC: 4.6.1.12),
f) 4-hydroxy-3-methylbut-2-en-1-yl diphosphate synthase IspG (EC: 1.7.7.7.1),
g) 4-hydroxy-3-methylbut-2-enyl diphosphate reductase (EC: 1.17.1.2), and h) selected from the group consisting of any variant thereof that is functionally equivalent Is done.

さらなる実施形態では、核酸は、発現または過剰に発現されてテルペン類化合物および/またはその前駆体の産生をもたらす1つ以上のさらなる酵素をコードし、発現される外来性酵素、または過剰発現される内在性酵素は、
a) ゲラニルトランストランスフェラーゼ Fps(EC:2.5.1.10)、
b) ヘプタプレニル二リン酸シンターゼ(EC:2.5.1.10)、
c) オクタプレニル−二リン酸シンターゼ(EC:2.5.1.90)、
d) イソプレンシンターゼ(EC 4.2.3.27)、
e) イソペンテニル−二リン酸Δ−イソメラーゼ(EC EC 5.3.3.2)
f)ファルネセンシンターゼシンターゼ(EC 4.2.3.46/EC 4.2.3.47)、および
g)機能的に等価なそれらのいずれかの変異体
からなる群から選択される。
In a further embodiment, the nucleic acid is expressed or overexpressed, an exogenous enzyme that is expressed and encodes one or more additional enzymes that result in the production of terpene compounds and / or precursors thereof, or is overexpressed. Endogenous enzymes are
a) Geranyltransferase Fps (EC: 2.5.1.10),
b) heptaprenyl diphosphate synthase (EC: 2.5.1.10),
c) Octaprenyl-diphosphate synthase (EC: 2.5.1.90),
d) isoprene synthase (EC 4.2.2.37),
e) Isopentenyl-diphosphate Δ-isomerase (EC EC 5.3.3.2)
f) Farnesene synthase selected from the group consisting of synthase (EC 4.2.3.4/EC 4.2.3.47), and g) any functionally equivalent variant thereof.

上記酵素の各々をコードする例示的なアミノ酸配列および核酸配列は本明細書に提供され、または本明細書に前述されたようにGenBankから取得できる。しかしながら、、本明細書、GenBankおよび他のデータベース、ならびに遺伝子コードに含まれる情報を考慮して、これらの酵素または機能的に等価なその変異体をコードする代替的な核酸配列は当業者に明らかである。   Exemplary amino acid and nucleic acid sequences encoding each of the above enzymes are provided herein or can be obtained from GenBank as previously described herein. However, in view of the information contained in this specification, GenBank and other databases, and the genetic code, alternative nucleic acid sequences encoding these enzymes or functionally equivalent variants thereof will be apparent to those skilled in the art. It is.

さらなる実施形態では、Clostridium acetobutylicum ATCC824由来のチオラーゼ(thIA)をコードする核酸は以下の配列番号40に例示される核酸配列によりコードされ、または機能的に等価なその変異体である。   In a further embodiment, a nucleic acid encoding a thiolase (thIA) from Clostridium acetobutylicum ATCC 824 is encoded by the nucleic acid sequence exemplified in SEQ ID NO: 40 below, or a functionally equivalent variant thereof.

さらなる実施形態では、チオラーゼがStaphylococcus aureus subsp.aureus Mu50由来のアセチル−CoA c−アセチルトランスフェラーゼ(vraB)である、チオラーゼをコードする核酸は、は以下の配列番号41に例示される核酸配列によりコードされ、または機能的に等価なその変異体である。   In a further embodiment, the thiolase is Staphylococcus aureus subsp. A nucleic acid encoding thiolase, which is an acetyl-CoA c-acetyltransferase (vraB) derived from aureus Mu50, is encoded by the nucleic acid sequence exemplified in SEQ ID NO: 41 below, or a functionally equivalent variant thereof. is there.

さらなる実施形態では、Staphylococcus aureus subsp.aureus Mu50由来の3−ヒドロキシ−3−メチルグルタリル−CoA シンターゼ(HMGS)をコードする核酸は以下の配列番号42に例示される核酸配列によりコードされ、または機能的に等価なその変異体である。   In a further embodiment, Staphylococcus aureus subsp. The nucleic acid encoding 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA synthase (HMGS) from Aureus Mu50 is encoded by the nucleic acid sequence illustrated in SEQ ID NO: 42 below, or is a functionally equivalent variant thereof .

さらなる実施形態では、Staphylococcus aureus subsp.aureus Mu50由来のヒドロキシメチルグルタリル−CoA レダクターゼ(HMGR)をコードする核酸は以下の配列番号43に例示される核酸配列によりコードされ、または機能的に等価なその変異体である。   In a further embodiment, Staphylococcus aureus subsp. A nucleic acid encoding hydroxymethylglutaryl-CoA reductase (HMGR) derived from aureus Mu50 is encoded by the nucleic acid sequence exemplified in SEQ ID NO: 43 below, or a functionally equivalent variant thereof.

さらなる実施形態では、Staphylococcus aureus subsp.aureus Mu50由来のメバロン酸キナーゼ(MK)をコードする核酸は以下の配列番号51に例示される核酸配列によりコードされ、または機能的に等価なその変異体である。   In a further embodiment, Staphylococcus aureus subsp. The nucleic acid encoding mevalonate kinase (MK) derived from Aureus Mu50 is encoded by the nucleic acid sequence exemplified in SEQ ID NO: 51 below, or a functionally equivalent variant thereof.

さらなる実施形態では、Staphylococcus aureus subsp.aureus Mu50由来のホスホメバロン酸キナーゼ(PMK)をコードする核酸は以下の配列番号52に例示される核酸配列によりコードされ、または機能的に等価なその変異体である。   In a further embodiment, Staphylococcus aureus subsp. A nucleic acid encoding phosphomevalonate kinase (PMK) derived from aureus Mu50 is encoded by the nucleic acid sequence exemplified in SEQ ID NO: 52 below, or a functionally equivalent variant thereof.

さらなる実施形態では、Staphylococcus aureus subsp.aureus Mu50由来のジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ(PMD)をコードする核酸は以下の配列番号53に例示される核酸配列によりコードされ、または機能的に等価なその変異体である。   In a further embodiment, Staphylococcus aureus subsp. A nucleic acid encoding diphosphomevalonate decarboxylase (PMD) derived from aureus Mu50 is encoded by the nucleic acid sequence exemplified in SEQ ID NO: 53 below, or a functionally equivalent variant thereof.

さらなる実施形態では、C.autoethanogenum由来のデオキシキシルロース 5−リン酸シンターゼをコードする核酸は配列番号1に例示される核酸配列によりコードされおよび/または以下の配列番号2に例示されるアミノ配列を有し、または機能的に等価なその変異体である。   In a further embodiment, C.I. The nucleic acid encoding deoxyxylulose 5-phosphate synthase from autoethanogenum is encoded by the nucleic acid sequence exemplified in SEQ ID NO: 1 and / or has an amino sequence exemplified in SEQ ID NO: 2 below, or functionally The equivalent variant.

1つの実施形態では、1−デオキシ−D−キシルロース 5−リン酸レダクトイソメラーゼ DXR(EC:1.1.1.267)をコードする核酸は配列番号3の配列を有し、または機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the nucleic acid encoding 1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate reductoisomerase DXR (EC: 1.1.1.1267) has the sequence of SEQ ID NO: 3, or functionally The equivalent variant.

1つの実施形態では、2−C−メチル−D−エリスリトール 4−リン酸シチジリルトランスフェラーゼ IspD(EC:2.7.7.60)をコードする核酸は配列番号5の配列を有し、または機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the nucleic acid encoding 2-C-methyl-D-erythritol 4-phosphate cytidylyltransferase IspD (EC: 2.7.7.60) has the sequence of SEQ ID NO: 5, or It is a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、4−ジホスホシチジル−2−C−メチル−D−エリスリトール キナーゼ IspE(EC:2.7.1.148)をコードする核酸は配列番号7の配列を有し、または機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the nucleic acid encoding 4-diphosphocytidyl-2-C-methyl-D-erythritol kinase IspE (EC: 2.7.1.148) has the sequence of SEQ ID NO: 7, or functionally The equivalent variant.

1つの実施形態では、2−C−メチル−D−エリスリトール 2,4−シクロ二リン酸シンターゼ IspF(EC:4.6.1.12)をコードする核酸は配列番号9の配列を有し、または機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the nucleic acid encoding 2-C-methyl-D-erythritol 2,4-cyclodiphosphate synthase IspF (EC: 4.6.1.12) has the sequence of SEQ ID NO: 9, Or a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、4−ヒドロキシ−3−メチルブタ −2−エン−1−イル 二リン酸シンターゼ IspG(EC:1.17.7.1)をコードする核酸は配列番号11の配列を有し、または機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the nucleic acid encoding 4-hydroxy-3-methylbut-2-en-1-yl diphosphate synthase IspG (EC: 1.17.7.1) has the sequence of SEQ ID NO: 11 Or a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、4−ヒドロキシ−3−メチルブタ −2−エニル 二リン酸レダクターゼ(EC:1.17.1.2)をコードする核酸は配列番号13の配列を有し、または機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the nucleic acid encoding 4-hydroxy-3-methylbut-2-enyl diphosphate reductase (EC: 1.17.1.2) has the sequence of SEQ ID NO: 13, or functionally The equivalent variant.

さらなる実施形態では、Escherichia coli str. K−12 substr.MG1655由来のゲラニルトランストランスフェラーゼ(ispA)をコードする核酸は以下の配列番号56に例示される核酸配列によりコードされ、または機能的に等価なその変異体である。   In a further embodiment, Escherichia coli str. K-12 substr. The nucleic acid encoding geranyltransferase (ispA) derived from MG1655 is encoded by the nucleic acid sequence exemplified in SEQ ID NO: 56 below, or a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、ヘプタプレニル二リン酸シンターゼをコードする核酸は配列番号17の配列を有し、または機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the nucleic acid encoding heptaprenyl diphosphate synthase has the sequence of SEQ ID NO: 17, or a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、オクタプレニル−二リン酸シンターゼがポリプレニルシンテターゼであるオクタプレニル−二リン酸シンターゼ(EC:2.5.1.90)をコードする核酸は配列番号19によりコードされ、または機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, the nucleic acid encoding octaprenyl-diphosphate synthase (EC: 2.5.1.90), wherein the octaprenyl-diphosphate synthase is a polyprenyl synthetase, is encoded by SEQ ID NO: 19, or It is a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、Poplar tremuloides由来のイソプレンシンターゼ(ispS)をコードする核酸は以下の配列番号21に例示され、または機能的に等価なその変異体である。   In one embodiment, a nucleic acid encoding an isoprene synthase (ispS) from Poplar tremuloides is exemplified in SEQ ID NO: 21 below, or a functionally equivalent variant thereof.

さらなる実施形態では、Clostridium beijerinckii由来のイソペンテニル−二リン酸Δ−イソメラーゼ(idi)をコードする核酸は配列番号54に例示される核酸配列によりコードされ、または機能的に等価なその変異体である。   In a further embodiment, the nucleic acid encoding isopentenyl-diphosphate Δ-isomerase (idi) from Clostridium beijerinckii is encoded by the nucleic acid sequence exemplified in SEQ ID NO: 54, or is a functionally equivalent variant thereof .

さらなる実施形態では、Malus x domestica由来のαファルネセンシンターゼ(FS)をコードする核酸は以下の配列番号57に例示される核酸配列によりコードされ、または機能的に等価なその変異体である。   In a further embodiment, a nucleic acid encoding alpha farnesene synthase (FS) from Malus x domestica is encoded by the nucleic acid sequence illustrated in SEQ ID NO: 57 below, or a functionally equivalent variant thereof.

1つの実施形態では、本発明の核酸はプロモーターをさらに含む。1つの実施形態では、プロモーターはその制御下で遺伝子の構成的発現を可能にする。しかしながら、誘導可能なプロモーターを使用してもよい。当業者は、本発明に使用される適切なプロモーターを容易に理解するものである。好ましくは、プロモーターは、適切な発酵条件下で高レベルの発現を導くことができる。特定の実施形態では、Wood−Ljungdahlクラスタープロモーターを使用する。別の実施形態では、ホスホトランスアセチラーゼ/酢酸キナーゼプロモーターを使用する。別の実施形態では、ピルビン酸:フェレドキシンオキシドレダクターゼプロモーター、Rnf複合オペロンプロモーターまたはATPシンターゼオペロンプロモーターを使用する。1つの特定の実施形態では、プロモーターはC.autoethanogenum由来である。   In one embodiment, the nucleic acid of the invention further comprises a promoter. In one embodiment, the promoter allows constitutive expression of the gene under its control. However, inducible promoters may be used. Those skilled in the art will readily understand suitable promoters for use in the present invention. Preferably, the promoter is capable of directing high levels of expression under suitable fermentation conditions. In certain embodiments, the Wood-Ljungdahl cluster promoter is used. In another embodiment, a phosphotransacetylase / acetate kinase promoter is used. In another embodiment, a pyruvate: ferredoxin oxidoreductase promoter, an Rnf composite operon promoter or an ATP synthase operon promoter is used. In one particular embodiment, the promoter is C.I. It is derived from autoethanogenum.

本発明の核酸は、親微生物の形質転換の際、染色体の外に保持してもよく、または微生物のゲノム中に統合するよう適合させてもよい。したがって、本発明の核酸は、統合を支援するよう適合された追加的なヌクレオチド配列(たとえば、相同組み換えおよび宿主ゲノムへの標的化統合を可能にする領域)、または染色体外構築物の安定な発現および複製を支援するように適合された追加的なヌクレオチド配列(たとえば、複製起源、プロモーター、および他の制御配列)を含んでもよい。   The nucleic acids of the invention may be kept off-chromosome during transformation of the parent microorganism or may be adapted to integrate into the genome of the microorganism. Thus, the nucleic acids of the invention can be used with additional nucleotide sequences adapted to support integration (eg, regions that allow homologous recombination and targeted integration into the host genome), or stable expression of extrachromosomal constructs and Additional nucleotide sequences adapted to assist replication (eg, origin of replication, promoter, and other control sequences) may be included.

1つの実施形態では、核酸は、核酸構築物またはベクターである。1つの特定の実施形態では、核酸構築物またはベクターは発現構築物またはベクターであるが、クローニングに使用されるような他の構築物およびベクターも本発明に含まれる。1つの特定の実施形態では、発現構築物またはベクターはプラスミドである。   In one embodiment, the nucleic acid is a nucleic acid construct or vector. In one particular embodiment, the nucleic acid construct or vector is an expression construct or vector, although other constructs and vectors as used for cloning are also encompassed by the invention. In one particular embodiment, the expression construct or vector is a plasmid.

本発明の発現構築物/ベクターは、もし望ましい場合、さらなるタンパク質の発現に適した追加的な遺伝子ならびにプロモーターに加えて、任意の数の調節要素を含んでもよい。1つの実施形態では、発現構築物/ベクターは、1つのプロモーターを含む。別の実施形態では、発現構築物/ベクターは、2つ以上のプロモーターを含む。1つの特定の実施形態では、発現構築物/ベクターは、発現される各遺伝子に対する1つのプロモーターを含む。1つの実施形態では、発現構築物/ベクターは、1つ以上のリボソーム結合部位、好ましくは発現する各遺伝子に対するリボソーム結合部位を含む。   The expression constructs / vectors of the invention may include any number of regulatory elements, if desired, in addition to additional genes and promoters suitable for expression of additional proteins. In one embodiment, the expression construct / vector includes one promoter. In another embodiment, the expression construct / vector includes two or more promoters. In one particular embodiment, the expression construct / vector includes one promoter for each gene to be expressed. In one embodiment, the expression construct / vector includes one or more ribosome binding sites, preferably a ribosome binding site for each gene to be expressed.

本明細書に記載される核酸配列および構築物/ベクター配列は、リボソーム結合部位および/または制限部位に必要であるもののような、標準的なリンカーヌクレオチドを含んでもよいことは当業者に明らかである。このようなリンカー配列は、必要であると解釈されるべきではなく、また定義した配列を限定するものではない。   It will be apparent to those skilled in the art that the nucleic acid sequences and construct / vector sequences described herein may include standard linker nucleotides, such as those required for ribosome binding sites and / or restriction sites. Such linker sequences are not to be construed as necessary and are not intended to limit the defined sequence.

本発明の発現構築物/ベクターを含む、核酸および核酸構築物は、標準的な先行技術のいずれかを使用して構築されてもよい。たとえば、化学的合成または組み換え技術を使用してもよい。このような技術は、たとえば、Sambrookらにより(Molecular Cloning: A laboratory manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989)に記載されている。さらなる例示的な技術は、以下の本明細書の実施例部分に記載される。本質的に、個々の遺伝子および調節要素は、遺伝子が発現されて所望のタンパク質を形成するようお互いに操作可能に結合されている。本発明の使用に適切なベクターは、当業者に理解されている。しかしながら、例として、以下のベクターが適切であろう:pMTL80000ベクター、pIMP1、pJIR750、および以下の本明細書の実施例に例示されるプラスミド。   Nucleic acids and nucleic acid constructs, including expression constructs / vectors of the invention, may be constructed using any of the standard prior art. For example, chemical synthesis or recombinant techniques may be used. Such techniques are described, for example, by Sambrook et al. (Molecular Cloning: A laboratory manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989). Further exemplary techniques are described in the Examples section herein below. In essence, individual genes and regulatory elements are operably linked to each other such that the gene is expressed to form the desired protein. Suitable vectors for use in the present invention are understood by those skilled in the art. However, by way of example, the following vectors would be suitable: pMTL80000 vector, pIMP1, pJIR750, and the plasmids exemplified in the examples herein below.

本発明の核酸は、RNA、DNA、またはcDNAを含む任意の適切な形態であってもよいことは明らかである。   Obviously, the nucleic acids of the invention may be in any suitable form including RNA, DNA, or cDNA.

本発明はまた、本明細書に記載される核酸のいずれかの1つ以上を含む、ウイルス、細菌、および酵母を含む宿主生物、特に微生物を提供する。   The present invention also provides host organisms, particularly microorganisms, including viruses, bacteria, and yeast, comprising one or more of any of the nucleic acids described herein.

生物産生方法
1つ以上の外来性核酸は、裸核酸として親微生物に送達されてもよく、または形質転換工程を促進するために1つ以上の薬剤と製剤化されてもよい(たとえば、リポソーム結合核酸、核酸が含まれる生物)。1つ以上の核酸は、適切なように、DNA、RNA,またはその組み合わせであってもよい。制限酵素を特定の実施形態で使用してもよい;たとえば、Murray, N.E.らによる(2000) Microbial. Molec. Biol. Rev. 64, 412.参照。
Biological Production Methods One or more exogenous nucleic acids may be delivered to the parental microorganism as naked nucleic acids, or may be formulated with one or more agents to facilitate the transformation process (eg, liposome binding). Nucleic acids, organisms containing nucleic acids). The one or more nucleic acids may be DNA, RNA, or combinations thereof as appropriate. Restriction enzymes may be used in certain embodiments; see, for example, Murray, N .; E. (2000) Microbial. Molec. Biol. Rev. 64, 412. reference.

本発明の微生物は、親微生物および1つ以上の外来性核酸から、組み換え微生物を産生するための任意の先行技術を使用して調製されてもよい。例として、形質転換(形質誘導またはトランスフェクション)は、エレクトロポレーション、超音波処理、ポリエチレングリコール媒介形質転換、または化学的もしくは天然のコンピテンス、または接合により達成されてもよい。適切な形質転換技術は、たとえば、Sambrook J, Fritsch EF, Maniatis T: Molecular Cloning: A laboratory Manual, Cold Spring Harbour Labrotary Press, Cold Spring Harbour, 1989.に記載される。   The microorganisms of the present invention may be prepared from a parental microorganism and one or more exogenous nucleic acids using any prior art for producing recombinant microorganisms. By way of example, transformation (transformation or transfection) may be accomplished by electroporation, sonication, polyethylene glycol mediated transformation, or chemical or natural competence, or conjugation. Suitable transformation techniques are described in, for example, Sambrook J, Fritsch EF, Maniatis T: Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Press, Cold 9 Spring Spring, 198. It is described in.

特定の実施形態では、形質転換される微生物中で活性な制限系のため、微生物に導入される核酸をメチル化する必要がある。これは以下に記載される技術を含む様々な技術を使用して行うことができ、かつ以下の本明細書の実施例にさらに例示される。   In certain embodiments, due to the restriction system active in the transformed microorganism, the nucleic acid introduced into the microorganism must be methylated. This can be done using a variety of techniques, including those described below, and is further illustrated in the examples herein below.

例として、1つの実施形態では、本発明の組換え微生物は、以下のステップ:
b)(i)本明細書に記載される発現構築物/ベクターおよび(ii)メチルトランスフェラーゼ遺伝子を含むメチル化構築物/ベクターのシャトル微生物への導入;
c)メチルトランスフェラーゼの発現;
d)シャトル微生物由来の1つ以上の構築物/ベクターの単離;
e)1つ以上の構築物/ベクターの目的微生物への導入
を含む方法により産生される。
By way of example, in one embodiment, the recombinant microorganism of the present invention comprises the following steps:
b) (i) introduction of the expression construct / vector described herein and (ii) a methylated construct / vector comprising a methyltransferase gene into a shuttle microorganism;
c) expression of methyltransferase;
d) isolation of one or more constructs / vectors from the shuttle microorganism;
e) produced by a method comprising introduction of one or more constructs / vectors into the target microorganism.

1つの実施形態では、ステップBのメチルトランスフェラーゼ遺伝子は構成的に発現される。別の実施形態では、ステップBのメチルトランスフェラーゼ遺伝子の発現は誘導される。   In one embodiment, the methyltransferase gene of Step B is constitutively expressed. In another embodiment, the expression of the methyltransferase gene of Step B is induced.

シャトル微生物は、微生物、好ましくは、発現構築物/ベクターを構成する核酸配列のメチル化を促進する、制限陰性の微生物である。特定の実施形態では、シャトル微生物は、制限陰性のE.coli、Bacillus subtillis、またはLactococcus lactisである。   Shuttle microorganisms are microorganisms, preferably restriction-negative microorganisms that promote methylation of the nucleic acid sequences that make up the expression construct / vector. In certain embodiments, the shuttle microorganism is a restriction negative E. coli. E. coli, Bacillus subtilis, or Lactococcus lactis.

メチル化構築物/ベクターは、メチルトランスフェラーゼをコードする核酸配列を含む。   The methylation construct / vector includes a nucleic acid sequence encoding a methyltransferase.

発現構築物/ベクターおよびメチル化構築物/ベクターがシャトル微生物に導入されると、メチル化構築物/ベクター上に存在するメチルトランスフェラーゼ遺伝子が誘導される。本発明の1つの特定の実施形態では、メチル化構築物/ベクターは、誘導可能なlacプロモーターを含み、かつラクトースまたはその類似体、より好ましくはイソプロピル―β―D−チオ―ガラクトシド(IPTG)の添加により誘導されるが、誘導は任意の適切なプロモーター系によるものであってもよい。他の適切なプロモーターは、ara、tet、またはT7システムを含む。本発明のさらなる実施形態では、メチル化構築物/ベクタープロモーターは構成的プロモーターである。   When the expression construct / vector and the methylation construct / vector are introduced into the shuttle microorganism, the methyltransferase gene present on the methylation construct / vector is induced. In one particular embodiment of the invention, the methylation construct / vector comprises an inducible lac promoter and the addition of lactose or an analogue thereof, more preferably isopropyl-β-D-thio-galactoside (IPTG). However, the induction may be by any suitable promoter system. Other suitable promoters include the ara, tet, or T7 system. In a further embodiment of the invention, the methylation construct / vector promoter is a constitutive promoter.

特定の実施形態では、メチル化構築物/ベクター上に存在する任意の遺伝子がシャトル微生物で発現されるように、メチル化構築物/ベクターはシャトル微生物のアイデンティティーに特異的な複製起源を有する。好ましくは、発現構築物上に存在する任意の遺伝子が目的微生物で発現されるように、発現構築物/ベクターは、目的微生物のアイデンティティーに特異的な複製起源を有する。   In certain embodiments, the methylation construct / vector has a replication origin specific for the identity of the shuttle microorganism, such that any gene present on the methylation construct / vector is expressed in the shuttle microorganism. Preferably, the expression construct / vector has an origin of replication specific for the identity of the target microorganism so that any gene present on the expression construct is expressed in the target microorganism.

メチルトランスフェラーゼ酵素の発現は、発現構築物/ベクター上に存在する遺伝子のメチル化をもたらす。発現構築物/ベクターはその後、任意の既知の方法にしたがいシャトル微生物から単離されてもよい。例として、本明細書の実施例に記載される方法を使用して発現構築物/ベクターを単離してもよい。   Expression of the methyltransferase enzyme results in methylation of the gene present on the expression construct / vector. The expression construct / vector may then be isolated from the shuttle microorganism according to any known method. By way of example, expression constructs / vectors may be isolated using the methods described in the Examples herein.

1つの特定の実施形態では、構築物/ベクターのいずれもが共に単離されてもよい。   In one particular embodiment, both constructs / vectors may be isolated together.

発現構築物/ベクターは、任意の既知の方法を使用して目的微生物に導入されてもよい。しかしながら、例として、以下の実施例に記載される方法を使用してもよい。発現構築物/ベクターはメチル化されるため、発現構築物/ベクター上に存在する核酸配列は目的微生物に組み込まれることができ、かつうまく発現される。   The expression construct / vector may be introduced into the target microorganism using any known method. However, by way of example, the methods described in the examples below may be used. Since the expression construct / vector is methylated, the nucleic acid sequences present on the expression construct / vector can be incorporated into the target microorganism and are successfully expressed.

メチルトランスフェラーゼ遺伝子がシャトル微生物に導入されかつ過剰に発現されることが予想される。したがって、1つの実施形態では、結果として得られるメチルトランスフェラーゼ酵素を知られている方法を使用して収集し、発現プラスミドをメチル化するために体外で使用してもよい。発現構築物/ベクターはそれから発現用の目的微生物に導入されてもよい。別の実施形態では、メチルトランスフェラーゼ遺伝子がシャトル微生物のゲノムに誘導された後、シャトル微生物への発現構築物/ベクターの導入、シャトル微生物からの1つ以上の構築物/ベクターの単離を行い、その後、目的微生物への発現構築物/ベクターの導入が行われる。   It is expected that the methyltransferase gene will be introduced into the shuttle microorganism and overexpressed. Thus, in one embodiment, the resulting methyltransferase enzyme may be collected using known methods and used in vitro to methylate the expression plasmid. The expression construct / vector may then be introduced into the target microorganism for expression. In another embodiment, after the methyltransferase gene is induced in the genome of the shuttle microorganism, the expression construct / vector is introduced into the shuttle microorganism, one or more constructs / vectors are isolated from the shuttle microorganism, and then The expression construct / vector is introduced into the target microorganism.

上に定義される発現構築物/ベクターおよびメチル化構築物/ベクターが組み合わされて当該の組成物を提供してもよいことが予想される。このような組成物は、制限障壁機構を回避して本発明の組換え微生物を産生するために特に有用である。   It is anticipated that the expression construct / vector and methylation construct / vector as defined above may be combined to provide the composition. Such compositions are particularly useful for avoiding the restriction barrier mechanism and producing the recombinant microorganisms of the present invention.

1つの特定の実施形態では、発現構築物/ベクターおよび/またはメチル化構築物/ベクターはプラスミドである。   In one particular embodiment, the expression construct / vector and / or methylation construct / vector is a plasmid.

本発明の微生物を産生するのに用いられる多くの適切なメチルトランスフェラーゼが当業者には明らかである。しかしながら、例として、枯草菌ファージ ΦT1 メチルトランスフェラーゼおよび以下の本明細書の実施例に記載されるメチルトランスフェラーゼが使用されてもよい。1つの実施形態では、メチルトランスフェラーゼは配列番号60のアミノ酸配列を有し、または機能的に等価なその変異体である。所望のメチルトランスフェラーゼ配列および遺伝子コードを考慮して、適切なメチルトランスフェラーゼをコードする核酸は明らかである。1つの実施形態では、メチルトランスフェラーゼをコードする核酸は、以下の本明細書の実施例に記載されている通りである(たとえば、配列番号63の核酸、または機能的に等価なその変異体である)。   Many suitable methyltransferases used to produce the microorganisms of the present invention will be apparent to those skilled in the art. However, by way of example, the Bacillus subtilis phage ΦT1 methyltransferase and the methyltransferase described in the examples herein below may be used. In one embodiment, the methyltransferase has the amino acid sequence of SEQ ID NO: 60, or a functionally equivalent variant thereof. In view of the desired methyltransferase sequence and genetic code, the nucleic acid encoding the appropriate methyltransferase will be apparent. In one embodiment, the nucleic acid encoding the methyltransferase is as described in the Examples herein below (eg, the nucleic acid of SEQ ID NO: 63, or a functionally equivalent variant thereof). ).

メチルトランスフェラーゼ遺伝子の発現を可能にするよう適合され任意の数の構築物/ベクターを使用して、メチル化構築物/ベクターを生成してもよい。しかしながら、例として、以下の実施例に記載されるプラスミドを使用してもよい。   Any number of constructs / vectors adapted to allow expression of the methyltransferase gene may be used to generate the methylated construct / vector. However, as an example, the plasmids described in the examples below may be used.

産生方法
本発明は、本発明の組換え微生物を使用してCOを含む基質を発酵することを含む微生物発酵により、1つ以上のテルペン類および/またはその前駆体、ならびに任意に1つ以上の他の産物を産生する方法を提供する。好ましくは、1つ以上のテルペンおよび/またはその前駆体は、主要な発酵産物である。本発明の方法は、工業工程由来の大気中炭素の排出の総量を低減するために使用してもよい。
Method of Production The present invention relates to one or more terpenes and / or precursors thereof, and optionally one or more by microbial fermentation comprising fermenting a substrate comprising CO using the recombinant microorganism of the present invention. Methods for producing other products are provided. Preferably, the one or more terpenes and / or precursors thereof are the main fermentation products. The method of the present invention may be used to reduce the total amount of atmospheric carbon emissions from industrial processes.

好ましくは、発酵は、本発明の組換え微生物を使用して、生物反応器中で基質を嫌気的に発酵して少なくとも1つ以上のテルペン類および/またはその前駆体を産生するステップを含む。   Preferably, the fermentation comprises the step of anaerobically fermenting the substrate in a bioreactor using the recombinant microorganism of the present invention to produce at least one or more terpenes and / or precursors thereof.

1つの実施形態では、1つ以上のテルペン類および/またはその前駆体は、メバロン酸、IPP、ジメチルアリル二リン酸(DMAPP)、イソプレン、ゲラニルピロリン酸(GPP)、ファルネシルピロリン酸(FPP)、およびファルネセンから選択される。   In one embodiment, the one or more terpenes and / or precursors thereof are mevalonic acid, IPP, dimethylallyl diphosphate (DMAPP), isoprene, geranyl pyrophosphate (GPP), farnesyl pyrophosphate (FPP), And selected from farnesene.

テルペノイドの重要な中間体IPPおよびDMAPPから直接イソプレンを産生しその後これを用いてより長鎖のテルペン類を合成する代わりに、直接ゲラニルトランストランスフェラーゼを介して、C10モノテルペノイド類またはC15セスキテルペノイド類などのより長鎖のテルペン類を合成することも可能である(表6参照)。C15セスキテルペノイド構築ブロックファルネシル―PPからファルネセンを産生することが可能であり、これは、エタノールと同様に、輸送燃料として使用できる。   Instead of producing isoprene directly from the key terpenoid intermediates IPP and DMAPP and then using it to synthesize longer chain terpenes, C10 monoterpenoids or C15 sesquiterpenoids, etc. directly via geranyltransferase It is also possible to synthesize longer chain terpenes (see Table 6). Farnesene can be produced from the C15 sesquiterpenoid building block farnesyl-PP, which, like ethanol, can be used as a transportation fuel.

1つの実施形態では、本方法は、
(a)本発明の1つ以上の微生物の培養物を含む生物反応器にCOを含む基質を提供するステップ;および
(b)生物反応器の培養物を嫌気的に発酵して少なくとも1つのテルペンおよび/またはその前駆体を産生するステップと
を含む。
In one embodiment, the method comprises:
(A) providing a bioreactor comprising a culture of one or more microorganisms of the present invention with a substrate comprising CO; and (b) anaerobically fermenting the bioreactor culture to at least one terpene. And / or producing precursors thereof.

1つの実施形態では、本方法は、
a)工業的工程の結果として産生されたCO含有気体を補足することと、
b)本発明の1つ以上の微生物を含む培養による、少なくとも1つ以上のテルペンおよび/またはその前駆体を産生するためのCO含有気体の嫌気的発酵のステップ
を含む。
In one embodiment, the method comprises:
a) supplementing the CO-containing gas produced as a result of the industrial process;
b) comprising the step of anaerobic fermentation of a CO-containing gas to produce at least one or more terpenes and / or precursors thereof by culture comprising one or more microorganisms of the present invention.

本発明の1つの実施形態では、微生物により発酵される気体状の基質は、COを含む気体の基質である。気体状の基質は工業工程の副産物として得られる廃ガスを含むCOであってもよく、または自動車の排気煙霧由来などのいくつかの他の供給源由来であってもよい。ある実施形態では、工業工程は、製鋼などの鉄金属製品製造、非鉄製品の製造、石油精製工程、石炭の気化、電力生成、カーボンブラック生成、アンモニア生成、メタノール産生および石炭製造からなる群から選択される。これらの実施形態では、CO含有気体は、任意の便利な方法を使用して、大気中に排出される前に工業工程から補足されてもよい。COは合成ガス(一酸化炭素および水素を含む気体)の成分であってもよい。工業工程から生成したCOは通常燃焼されてCOを産生する。したがって本発明は、CO温室ガスの放出を低減しかつバイオ燃料として使用するテルペンを産生するのに特に有用である。気体状のCO含有基質の組成に応じて、発酵にこの基質を導入する前に、ダスト粒子などの望ましくない不純物を除去するよう処置することもまた望ましい。たとえば、気体状の基質は、知られている方法を使用して濾過され、または洗浄されてもよい。 In one embodiment of the invention, the gaseous substrate fermented by the microorganism is a gaseous substrate comprising CO. The gaseous substrate may be CO with waste gas obtained as a by-product of an industrial process, or may be from some other source, such as from automobile exhaust fumes. In some embodiments, the industrial process is selected from the group consisting of ferrous metal product manufacturing such as steelmaking, non-ferrous product manufacturing, petroleum refining process, coal vaporization, power generation, carbon black generation, ammonia generation, methanol production and coal production. Is done. In these embodiments, the CO-containing gas may be supplemented from an industrial process prior to being vented to the atmosphere using any convenient method. CO may be a component of synthesis gas (a gas containing carbon monoxide and hydrogen). CO produced from an industrial process is usually burned to produce CO 2. Accordingly, the present invention is particularly useful for producing terpenes that uses the release of CO 2 greenhouse gas as reduced and biofuels. Depending on the composition of the gaseous CO-containing substrate, it may also be desirable to treat undesired impurities, such as dust particles, before introducing the substrate into the fermentation. For example, the gaseous substrate may be filtered or washed using known methods.

細菌の増殖および少なくとも1つ以上のテルペンおよび/またはその前駆体に応じたCOを発生するために、CO含有基質の気体に加え、適切な液体栄養培地が生物反応器に供給される必要があることが理解されるであろう。基質および培地は、連続形態、バッチ、またはバッチ供給形態で生物反応器に供給されてもよい。栄養培地は、使用される微生物の増殖を可能にするために十分なビタミン類および無機類を含む。COを使用するテルペンおよび/またはその前駆体を産生するための発酵に適した嫌気性培地は当業者に知られている。たとえば、適切な培地は、Biebel(2001)に記載される。本発明の1つの実施形態では、培地は、以下の本明細書の実施例に記載される通りである。   In order to generate CO in response to bacterial growth and at least one or more terpenes and / or precursors thereof, an appropriate liquid nutrient medium needs to be supplied to the bioreactor in addition to the CO-containing substrate gas. It will be understood. The substrate and medium may be fed to the bioreactor in a continuous form, batch, or batch feed form. The nutrient medium contains enough vitamins and minerals to allow the growth of the microorganisms used. Anaerobic media suitable for fermentation to produce terpenes and / or precursors thereof using CO are known to those skilled in the art. For example, a suitable medium is described in Biebel (2001). In one embodiment of the invention, the culture medium is as described in the examples herein below.

発酵は、少なくとも1つ以上のテルペンおよび/またはその前駆体の発酵に応じたCOを発生させるための適切な条件下で行われることが望ましい。考慮されるべき反応条件としては、圧力、温度、ガス流量、液体流量、培地のpH、培地の酸化還元電位、撹拌速度(もし連続撹拌タンクリアクターが使用される場合)、接種レベル、液相中のCOが制限されないことを保証するための最大気体基質濃度、および産生物阻害を回避するための最大産生物濃度が挙げられる。   The fermentation is desirably performed under suitable conditions to generate CO in response to fermentation of at least one or more terpenes and / or precursors thereof. Reaction conditions to be considered include pressure, temperature, gas flow rate, liquid flow rate, medium pH, medium redox potential, stirring rate (if a continuous stirred tank reactor is used), inoculation level, in liquid phase The maximum gas substrate concentration to ensure that the CO is not limited, and the maximum product concentration to avoid product inhibition.

その上、多くの場合、基質の流れのCO濃度(または気体状基質中のCO分圧)を増大させ、それによりCOが基質である発酵反応の効率を増大させることが望ましい。増大した圧力で操作することにより、気相から液相へCO移送の速度が著しく増大し、少なくとも1つ以上のテルペンおよび/またはその前駆体の産生のための炭素供給源としてCOが微生物に取り込まれ得る。このことはまた、生物反応器が大気圧よりも高い圧力で維持される場合、保持時間(入力した気体の流量で割った生物反応器の液体容量として定義される)が、低減できることを意味する。最適反応条件は、使用される本発明の特定の微生物に部分的に依存する。しかしながら、一般的に、大気圧よりも高い圧力で発酵を実施することが好ましい。また、COから1つ以上のテルペンおよび/またはその前駆体への与えられる変換比率は部分的に基質の保持時間の関数に依存し、また所望の保持時間を達成することが今度は必要とされる生物反応器の容量を決定づけるため、加圧したシステムの使用により必要とされる生物反応器の容量を大きく低減でき、その結果発酵器具の資本費用を大きく低減できる。米国特許第5,593,886号に開示される実施例にしたがって、生物反応器の容量はリアクターの作動圧力の増大に対して直線的比率で低減できうる。すなわち、10大気圧で作動する生物反応器は、1大気圧で作動する生物反応器の1/10の容量のみを必要とする。   Moreover, in many cases it is desirable to increase the CO concentration of the substrate stream (or CO partial pressure in the gaseous substrate), thereby increasing the efficiency of the fermentation reaction in which CO is the substrate. By operating at increased pressure, the rate of CO transfer from the gas phase to the liquid phase is significantly increased and CO is taken up by the microorganism as a carbon source for the production of at least one or more terpenes and / or precursors thereof. Can be. This also means that if the bioreactor is maintained at a pressure higher than atmospheric pressure, the retention time (defined as the liquid volume of the bioreactor divided by the input gas flow rate) can be reduced. . Optimal reaction conditions will depend in part on the particular microorganism of the invention used. However, it is generally preferred to carry out the fermentation at a pressure higher than atmospheric pressure. Also, the conversion ratio provided from CO to one or more terpenes and / or their precursors depends in part on the function of the retention time of the substrate, and it is now necessary to achieve the desired retention time. The volume of bioreactor required by the use of a pressurized system can be greatly reduced, resulting in a significant reduction in the capital cost of the fermentation apparatus. In accordance with the embodiment disclosed in US Pat. No. 5,593,886, the bioreactor capacity can be reduced in a linear ratio with increasing reactor operating pressure. That is, a bioreactor operating at 10 atmospheres requires only 1/10 the capacity of a bioreactor operating at 1 atmosphere.

例として、増加された圧力において気体からエタノールへの発酵を実施する利点が記載されている。たとえば、国際公開公報第02/08438号は、30psigおよび75psigの圧力下で気体からエタノールへの発酵を実施し、それぞれ150g/日、369g/日の生産性でエタノールを得る。しかしながら、同様の媒体および投入気体組成物を使用して大気圧で実施した発酵の例では、1日に1リットルあたり10〜20倍少ないエタノールが産生されることがわかった。   As an example, the benefits of performing a gas to ethanol fermentation at increased pressure are described. For example, WO 02/08438 performs a gas to ethanol fermentation under pressures of 30 psig and 75 psig to obtain ethanol with a productivity of 150 g / day and 369 g / day, respectively. However, in the example of fermentation carried out at atmospheric pressure using similar media and input gas composition, it was found that 10-20 times less ethanol per liter was produced per day.

また、CO含有気体状基質の導入速度は、液相のCO濃度が制限されないことを保証するようなものであることが望ましい。これは、COが限定される条件の結果、1つ以上の産生物が培養に消費され得ることによるものである。   Also, the introduction rate of the CO-containing gaseous substrate is desirably such that it guarantees that the liquid phase CO concentration is not limited. This is due to the fact that one or more products can be consumed in culture as a result of the limited CO conditions.

発酵反応への供給に使用される気体流の組成は、反応の効率および/または費用に著しく影響する。たとえば、Oは、嫌気的発酵工程の効率を低減する。発酵の前後の発酵工程の段階における望ましくないまたは不必要な気体の処理は、このような段階の負担を増大させる可能性がある(たとえば、気体流が生物反応器に入る前に圧縮される場合、発酵には必要ではない気体を圧縮するために不必要なエネルギーが使用される)。したがって、基質の流れ、特に工業供給源由来の基質の流れを処置して望ましくない成分を除去し、かつ望ましい成分の濃度を増大させることが望ましい。 The composition of the gas stream used to feed the fermentation reaction significantly affects the efficiency and / or cost of the reaction. For example, O 2 reduces the efficiency of the anaerobic fermentation process. Undesirable or unnecessary gas treatment at the stage of the fermentation process before and after fermentation can increase the burden of such a stage (eg if the gas stream is compressed before entering the bioreactor) Unnecessary energy is used to compress gases that are not necessary for fermentation). Accordingly, it is desirable to treat substrate streams, particularly substrate streams from industrial sources, to remove unwanted components and increase the concentration of desirable components.

ある実施形態では、本発明の細菌の培養物は水性培養培地に維持される。好ましくは、水性培養培地は最小嫌気性細菌増殖培地である。適切な培地は当業者に知られており、例えば米国特許第5,173,429号、同第5,593,886号、および国際公開公報第02/08438号に記載され、および本明細書で以下の実施例に記載される通りである。   In certain embodiments, the bacterial culture of the invention is maintained in an aqueous culture medium. Preferably, the aqueous culture medium is a minimal anaerobic bacterial growth medium. Suitable media are known to those skilled in the art and are described, for example, in US Pat. Nos. 5,173,429, 5,593,886, and WO 02/08438, and herein As described in the examples below.

テルペン類および/もしくはその前駆体、または1つ以上のテルペン類、その前駆体、および/または1つ以上の他の産物を含む混合流は、分別蒸留または蒸発、浸透気化法、気体のストリッピングおよび液体―液体抽出などを含む抽出発酵などの、当業者に知られている方法により発酵ブロスから回収されてもよい。   Mixed streams containing terpenes and / or their precursors, or one or more terpenes, their precursors, and / or one or more other products can be fractional distillation or evaporation, pervaporation, gas stripping And may be recovered from the fermentation broth by methods known to those skilled in the art, such as extractive fermentation including liquid-liquid extraction and the like.

本発明のある好ましい実施形態では、1つ以上のテルペンおよび/またはその前駆体ならびに1つ以上の産物は、生物反応器からブロスの一部を連続的に除去し、微生物細胞をブロスから(濾過により簡便に)分離し、およびブロスから1つ以上の産物を回収することにより、発酵ブロスから回収される。アルコールは、たとえば蒸留により簡便に回収される。アセトンは、たとえば蒸留により回収されてもよい。産生された任意の酸は、たとえば活性炭への吸着により回収されてもよい。分離された微生物細胞は、好ましくは発酵生物反応器に戻される。任意のアルコールおよび酸が除去された後に残存する細胞を含まない透過物もまた、好ましくは発酵生物反応器に戻される。生物反応器に戻す前に、栄養培地を補充するために追加的な栄養物(ビタミンBなど)が細胞を含まない透過物に添加されてもよい。   In certain preferred embodiments of the invention, the one or more terpenes and / or precursors thereof and one or more products continuously remove a portion of the broth from the bioreactor and remove microbial cells from the broth (filtered). Recovered from the fermentation broth by separating (and more conveniently) and recovering one or more products from the broth. The alcohol is easily recovered, for example, by distillation. Acetone may be recovered, for example, by distillation. Any acid produced may be recovered, for example, by adsorption onto activated carbon. The separated microbial cells are preferably returned to the fermentation bioreactor. Permeate free of cells remaining after any alcohol and acid has been removed is also preferably returned to the fermentation bioreactor. Prior to returning to the bioreactor, additional nutrients (such as vitamin B) may be added to the cell-free permeate to replenish the nutrient medium.

また、ブロスのpHが活性炭への酢酸の吸収を高めるために上述のように調節された場合、pHは、生物反応器に戻す前に、発酵生物反応器中のブロスのpHと同様のpHに再調節されるべきである。   Also, if the pH of the broth is adjusted as described above to enhance the absorption of acetic acid into activated carbon, the pH should be similar to that of the broth in the fermentation bioreactor before returning to the bioreactor. Should be readjusted.

実施例
本発明を以下の限定する意味を持たない実施例を参照してより詳細に記載する。
Examples The invention is described in more detail with reference to the following non-limiting examples.

実施例1:COからのイソプレン産生のためのC.autoethanogenumでのイソプレンシンターゼの発現
本発明者らは、C.autoethanogenumおよびC.ljungdahliiなどの酸化炭素栄養性酢酸産生菌におけるテルペン生合成遺伝子を同定した。組み換え微生物を、イソプレンを産生するように改変した。イソプレンは、ポプラなどのいくつかの植物から、UV放射から葉を保護するため天然に発せられる。ポプラのイソプレンシンターゼ(EC 4.2.3.27)遺伝子を、コドンを最適化して、COからイソプレンを産生するように酸化炭素栄養性酢酸産生菌C.autoethanogenumに導入した。この酵素は、テルペノイド生合成の鍵となる中間体DMAPP(ジメチルアリル二リン酸)を不可逆反応でイソプレンに変換する(図1)。
Example 1: C.I. for production of isoprene from CO. Expression of isoprene synthase in autoethanogenum. autoethanogenum and C.I. A terpene biosynthetic gene in carbon oxide-trophic acetic acid producing bacteria such as ljungdahlii was identified. The recombinant microorganism was modified to produce isoprene. Isoprene is naturally emitted from several plants such as poplar to protect leaves from UV radiation. The poplar isoprene synthase (EC 4.2.2.37) gene was codon-optimized to produce isoprene from CO. Introduced into autoethanogenum. This enzyme converts the intermediate DMAPP (dimethylallyl diphosphate), the key to terpenoid biosynthesis, to isoprene by an irreversible reaction (FIG. 1).

株および増殖条件:
すべてのサブクローニングステップを、以前に記載された標準的な株および増殖条件を使用してE.coliで実施した(Sambrook et al, Molecular Cloning: A laboratory Manual, Cold Spring Harbour Labrotary Press, Cold Spring Harbour, 1989; Ausubel et al, Current protocols in molecular biology, John Wiley & Sons, Ltd., Hoboken, 1987)。
Strains and growth conditions:
All subcloning steps are performed in E. coli using standard strains and growth conditions previously described. Was performed on coli (Sambrook et al, Molecular Cloning: A laboratory Manual, Cold Spring Harbour Labrotary Press, Cold Spring Harbour, 1989; Ausubel et al, Current protocols in molecular biology, John Wiley & Sons, Ltd., Hoboken, 1987) .

C.autoethanogenum DSM10061およびDSM23693(DSM10061誘導体)を、DSMZ(The German Collection of Microorganisms and Cell Cultures、Inhoffenstrase 7 B, 38124、ドイツブラウンシュヴァイク市)から取得した。増殖を、厳密な嫌気的条件および技術を使用して37℃で実行した(Hungate, 1969, Methods in Microbiology, vol. 3B. Academic Press, New York: 117−132; Wolfe, 1971, Adv. Microb. Physiol., 6: 107−146)。酵母抽出物を含まない化学的に定義されたPETC培地(表1)ならびに唯一の炭素およびエネルギー供給源として、製鋼排ガスを含む30psiの一酸化炭素(ニュージーランドGlenbrookのNew Zealand Steelで収集、組成:44% CO、32% N、22% CO、2% H
を使用した。

Figure 2015519065
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C. autoethanogenum DSM10061 and DSM23693 (DSM10061 derivative) were obtained from DSMZ (The German Collection of Microorganisms and Cell Cultures, Inoffenstrasse 7 B, 38124, City of Braunschweig, Germany). Growth was performed at 37 ° C. using strict anaerobic conditions and techniques (Hungate, 1969, Methods in Microbiology, vol. 3B. Academic Press, New York: 117-132; Wolfe, 1971, Ad. Av. Physiol., 6: 107-146). Chemically defined PETC media without yeast extract (Table 1) and 30 psi carbon monoxide with steelmaking exhaust as the sole carbon and energy source (collected at New Zealand Steel, Glenbrook, New Zealand, composition: 44 % CO, 32% N 2 , 22% CO 2 , 2% H 2 )
It was used.
Figure 2015519065
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発現プラスミドの構築:
本発明では、標準的な組み換えDNAおよび分子クローニング技術を使用した(Sambrook J, Fritsch EF, Maniatis T: Molecular Cloning: A laboratory Manual, Cold Spring Harbour Laboratory Press, Cold Spring Harbour, 1989; Ausubel FM, Brent R, Kingston RE, Moore DD, Seidman JG, Smith JA, Struhl K: Current protocols in molecular biology. John Wiley & Sons, Ltd., Hoboken, 1987)。Poplar tremuloidesのイソプレンシンターゼ(AAQ16588.1; GI:33358229)を、コドンを最適化して(配列番号21)合成した。C.autoethanogenumのピルビン酸:フェレドキシンオキシドレダクターゼのプロモーター領域(配列番号22)を使用してこの遺伝子を発現した。
Construction of expression plasmid:
In the present invention, standard recombinant DNA and molecular cloning techniques were used (Sambrook J, Fritsch EF, Maniatis T: Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Press, Cold Harbourology, 198 Kingston RE, Moore DD, Seidman JG, Smith JA, Struhl K: Current protocols in molecular biology.John Wiley & Sons, ltd., 7). Poplar tremuloides isoprene synthase (AAQ16588.1; GI: 33358229) was synthesized with optimized codons (SEQ ID NO: 21). C. The gene was expressed using the autoethanogenum pyruvate: ferredoxin oxidoreductase promoter region (SEQ ID NO: 22).

Clostridium autoethanogenum DSM23693由来のゲノムDNAを、BertramとDurre(1989)による方法の改変法を使用して単離した。1晩培養した100mlの培養物を回収し(6,000×g、15分、4℃)、リン酸カリウム緩衝液(10mM、pH7.5)で洗浄して1.9mlのSTE緩衝液(50 mM Tris−HCl、1mM EDTA、200mM スクロース;pH8.0)に懸濁した。300μlのリゾチーム(〜100,000U)を添加して混合物を37℃で30分間インキュベートした後、280μlの10%(w/v)SDS溶液を添加し、さらに10分間インキュベートした。240μlのEDTA溶液(0.5M、pH8)、20μl Tris−HCl(1M、pH7.5)、および10μl RNase A(Fermentas Life Sciences)を添加することによりRNAを室温でs消化した。その後、100μlのプロテイナーゼK(0.5U)を添加し、タンパク質の分解を37℃で1〜3時間行った。最終的に、600μlの過塩素酸ナトリウム(5M)を添加し、その後フェノール―クロロホルム抽出およびイソプロパノール沈殿を行った。DNAの定量および定性分析を分光測定で行った。ピルビン酸:フェレドキシンオキシドレダクターゼ のプロモーター配列を、オリゴヌクレオチドPpfor−NotI−F(配列番号:23:AAGCGGCCGCAAAATAGTTGATAATAATGC)およびPpfor−NdeI−R(配列番号:24:TACGCATATGAATTCCTCTCCTTTTCAAGC)を使用し、iProof High Fidelity DNAポリメラーゼ(Bio−Rad Laboratories)およびを以下のプログラムを使用するPCRにより増幅した、そして最初の変性(98℃、30秒)、続いて32周期の変性(98℃、10秒間)、アニーリング(50〜62℃、30〜120秒)および伸長(72℃、30〜90秒)、その後の最終伸長ステップ(72℃、10分間)。   Genomic DNA from Clostridium autoethanogenum DSM23693 was isolated using a modification of the method by Bertram and Durre (1989). A 100 ml culture grown overnight was collected (6,000 × g, 15 min, 4 ° C.), washed with potassium phosphate buffer (10 mM, pH 7.5) and washed with 1.9 ml STE buffer (50 (MmM Tris-HCl, 1 mM EDTA, 200 mM sucrose; pH 8.0). 300 μl of lysozyme (˜100,000 U) was added and the mixture was incubated for 30 minutes at 37 ° C., then 280 μl of 10% (w / v) SDS solution was added and incubated for another 10 minutes. RNA was s digested at room temperature by adding 240 μl EDTA solution (0.5 M, pH 8), 20 μl Tris-HCl (1 M, pH 7.5), and 10 μl RNase A (Fermentas Life Sciences). Thereafter, 100 μl of proteinase K (0.5 U) was added, and protein degradation was performed at 37 ° C. for 1 to 3 hours. Finally, 600 μl of sodium perchlorate (5M) was added, followed by phenol-chloroform extraction and isopropanol precipitation. Quantitative and qualitative analysis of DNA was performed by spectroscopic measurement. The promoter sequence of pyruvate: ferredoxin oxidoreductase was used as oligonucleotides Ppfor-NotI-F (SEQ ID NO: 23: AAGCGGCCGCAAAATAGTTTATATAATGC) and Ppfor-NdeI-R (SEQ ID NO: 24: TACGCATATGATCTCCTCTChCIT Bio-Rad Laboratories) and were amplified by PCR using the following program and first denaturation (98 ° C., 30 seconds) followed by 32 cycles of denaturation (98 ° C., 10 seconds), annealing (50-62 ° C. 30-120 seconds) and extension (72 ° C., 30-90 seconds), followed by a final extension step (72 ° C., 10 minutes) while).

イソプレンシンターゼ発現プラスミドの構築:
発現プラスミドの構築を、E.coli株DH5α−T1(体外gen)およびXL1−Blue MRF’ Kan(Stratagene)で実施した。第1のステップで、増幅したPpforプロモーター領域をNotIおよびNdeI制限部位を使用してE.coli−ClostridiumシャトルベクターpMTL85141 (FJ797651.1; Nigel Minton, University of Nottingham; Heap et al., 2009)にクローニングし、プラスミドpMTL85146を産生した。第2のステップとして、ispSを制限部位NdeIおよびEcoRIを使用してpMTL85146にクローニングし、プラスミドpMTL 85146−ispSを得た(図2、配列番号25)。
Construction of an isoprene synthase expression plasmid:
Construction of the expression plasmid E. coli strains DH5α-T1 R (in vitro gen) and XL1-Blue MRF ′ Kan (Stratagene). In the first step, the amplified Ppfor promoter region was transformed into E. coli using NotI and NdeI restriction sites. The plasmid pMTL85146 was produced by cloning into the E. coli-Clostridium shuttle vector pMTL85141 (FJ797651.1; Nigel Minton, University of Nottingham; Heap et al., 2009). As a second step, ispS was cloned into pMTL85146 using restriction sites NdeI and EcoRI, resulting in plasmid pMTL85146-ispS (FIG. 2, SEQ ID NO: 25).

C.autoethanogenumでの形質転換および発現
形質転換の前に、米国特許公開公報第2011/0236941号に記載されるように、C.autoethanogenum、C.ragsdaleiおよびC.ljungdahlii由来のメチルトランスフェラーゼ遺伝子から設計したメチル化プラスミド(配列番号64)上に共発現される、合成したハイブリッドタイプIIメチルトランスフェラーゼ(配列番63)を使用して、DNAをE.coli中で生体内でメチル化した。
C. Transformation and expression in autoethanogenum Prior to transformation, as described in US Patent Publication No. 2011/0236941, C.I. autoethanogenum, C.I. ragsdalei and C.I. Using a synthesized hybrid type II methyltransferase (SEQ ID NO: 63) co-expressed on a methylated plasmid (SEQ ID NO: 64) designed from a methyltransferase gene from ljungdahlii, the DNA was transformed into E. coli. Methylated in vivo in E. coli.

発現プラスミドおよびメチル化プラスミドの両方を、制限陰性のE.coli XL1−Blue MRF’ Kan(Stratagene)の同じ細胞に形質転換したが、これは、それらのグラム−(−)複製起源の適合性(発現プラスミドにおける高コピーのColE1およびメチル化プラスミドにおける低コピーのp15A)により可能である。生体内メチル化を1mMのIPTGの添加により誘導し、メチル化プラスミドをQIAGEN Plasmid Midi Kit(QIAGEN)を使用して単離した。この結果として得られる混合物を、C.autoethanogenum DSM23693での形質転換の実験に使用したが、多量(高コピー)発現プラスミドのみがクロストリジウム中での複製を可能にするグラム−(+)複製起源(repL)を有する。   Both the expression plasmid and the methylated plasmid were treated with restriction-negative E. coli. E. coli XL1-Blue MRF 'Kan (Stratagene) was transformed into the same cells, which were compatible with their gram-(-) origin of replication (high copy ColE1 in the expression plasmid and low copy in the methylated plasmid). p15A) is possible. In vivo methylation was induced by the addition of 1 mM IPTG and the methylated plasmid was isolated using QIAGEN Plasmid Midi Kit (QIAGEN). The resulting mixture is C.I. Used for transformation experiments with autoethanogenum DSM23693, but only the high-volume (high copy) expression plasmid has a gram-(+) origin of replication (repL) allowing replication in Clostridium.

C.autoethanogenumへの形質転換:
すべての形質転換の実験の間、C.autoethanogenum DSM23693は、1g/Lの酵母抽出物および10g/lのフルクトースならびに炭素供給源として30psiの製鋼排ガス(ニュージーランドGlenbrookのNew ZEaland Steelから収集、組成:44% CO、32% N、22% CO、2% H)で補足されたPETC培地(表1)中で増殖させた。
C. Transformation into autoethanogenum:
During all transformation experiments, C.I. autoethanogenum DSM23693 contains 1 g / L yeast extract and 10 g / l fructose and 30 psi steelmaking flue gas as a carbon source (collected from New Zealand Steel, New Zealand Glenbrook, composition: 44% CO, 32% N 2 , 22% CO 2, PETC medium supplemented 2% H 2) (Table 1) were grown in.

コンピテント細胞を作製するために、50mlのC.autoethanogenum DSM23693培養物を、新鮮な培地に継代し3日間連続で継代
培養した。これらの細胞を使用して、40mMのDL−スレオニンを含む50mlのPETC培地に0.05のOD600mで播種した。培養物のOD600mが0.4に達した際に、細胞を嫌気チャンバーに移し、4,700×gおよび4℃で収集した。この培養物を、氷冷したエレクトロポレーションバッファー(270mM スクロース、1mM MgCl2、7mM リン酸ナトリウム、pH7.4)で2回洗浄し、最終的に600μlの新鮮なエレクトロポレーションバッファー懸濁した。この混合物を、メチル化プラスミド混合物1μgを含む0.4cmの電極ギャップをもつあらかじめ氷冷したエレクトロポレーションキュベットに移し、すぐに以下の設定(2.5kV、600Ω、および25μF)でGene pulser Xcellエレクトロポレーションシステム(Bio−Rad)を使用して電気を通した。時間定数は3.7〜4.0msが達成されたった。この培養物を、5mlの新鮮な培地に移した。細胞の再産生を、チューブホルダーを備えたSpectronic Helios Epsilon Spectrophotometer (Thermo)を使用して600nmの波長でモニタリングした。最初にバイオマスが低下した後、細胞は再び増殖を開始した。この時点からバイオマスが二倍になった後、細胞を回収し、200μlの新鮮な培地に懸濁し、適切な抗生基質である4μg/mlクラリスロマイシンまたは15μg/mlチアンフェニコールを含む選択的PETCプレート(1.2% Bacto(商標)アガロース(BD)を含む)にプレーティングした。播種後37℃の30psiの製鋼ガスで4〜5日で、コロニーが視認できた。
To make competent cells, 50 ml of C.I. The autoethanogenum DSM23693 culture was subcultured to fresh medium and continuously subcultured for 3 days. These cells were used to seed 50 ml PETC medium containing 40 mM DL-threonine at an OD 600 m of 0.05. When the OD 600m of the culture reached 0.4, the cells were transferred to an anaerobic chamber and collected at 4,700 xg and 4 ° C. The culture was washed twice with ice-cold electroporation buffer (270 mM sucrose, 1 mM MgCl2, 7 mM sodium phosphate, pH 7.4) and finally suspended in 600 μl of fresh electroporation buffer. This mixture was transferred to a pre-ice-cooled electroporation cuvette with a 0.4 cm electrode gap containing 1 μg of methylated plasmid mixture and immediately Gene Pulser Xcell Electro at the following settings (2.5 kV, 600Ω, and 25 μF). Electricity was conducted using a poration system (Bio-Rad). A time constant of 3.7-4.0 ms was achieved. The culture was transferred to 5 ml fresh medium. Cell regeneration was monitored at a wavelength of 600 nm using a Spectronic Helios Epsilon Spectrophotometer (Thermo) equipped with a tube holder. After the initial biomass decline, the cells began to grow again. After doubling the biomass from this point, cells are harvested and suspended in 200 μl fresh medium and selective PETC containing the appropriate antibiotic substrate 4 μg / ml clarithromycin or 15 μg / ml thianphenicol. Plates were plated (containing 1.2% Bacto ™ agarose (BD)). Colonies were visible in 4-5 days with 30 psi steelmaking gas at 37 ° C. after sowing.

このコロニーを使用して、抗生基質を備えた2mlのPETC培地に播種した。増殖が発生した後、培養を、唯一の炭素供給源として30psiの製鋼ガスとともに、5mlの容量、次に50mlの容量にスケールアップした。   This colony was used to inoculate 2 ml of PETC medium with antibiotic substrate. After growth occurred, the culture was scaled up to a volume of 5 ml and then a volume of 50 ml with 30 psi steelmaking gas as the sole carbon source.

成功した形質転換の確認:
DNAの転移を検証するために、プラスミドミニプレップを、Zyppy plasmid miniprep kit(Zymo)を使用して10mlの培養容量から実施した。単離したプラスミドの質は、クロストリジウムのエキソヌクレアーゼ活性のため制限消化に十分ではなかったので[Burchhardt および Durre, 1990]、オリゴヌクレオチドの対colE1−F(配列番号:65:CGTCAGACCCCGTAGAAA)+colE1−R(配列番号:66:CTCTCCTGTTCCGACCCT)を用いて単離プラスミドでPCRを実施した。PCRはiNtRON Maximise Premix PCR kit (Intron Bio Technologies)を使用して、以下の条件で行った:最初の変性(94℃、2分間)、続いて35周期の変性(94℃、20秒間)、アニーリング(55℃、20秒間)、および伸長(72℃、60秒間)、その後最終伸長ステップ(72℃、5分間)。
Confirmation of successful transformation:
In order to verify DNA transfer, plasmid minipreps were performed from a 10 ml culture volume using a Zppy plasmid miniprep kit (Zymo). Since the quality of the isolated plasmid was not sufficient for restriction digestion due to the exonuclease activity of Clostridium [Burchhardt and Durre, 1990], the oligonucleotide pair colE1-F (SEQ ID NO: 65: CGTCAGACCCCGTAGAA) + colE1-R ( PCR was performed on the isolated plasmid using SEQ ID NO: 66: CTCTCCTGTTTCCGACCCT). PCR was performed using the iNtRON Maximum Premix PCR kit (Intron Bio Technologies) under the following conditions: first denaturation (94 ° C., 2 min), followed by 35 cycles of denaturation (94 ° C., 20 sec), annealing. (55 ° C., 20 seconds), and extension (72 ° C., 60 seconds), followed by a final extension step (72 ° C., 5 minutes).

クローンの同定を確認するために、DNAゲノムを、C.autoethanogenum DSM23693の50mlの培養物から単離した(上記参照)。オリゴヌクレオチド(配列番号67:CCGAATTCGTCGACAACAGAGTTTGATCCTGGCTCAG)およびrP2(配列番号:68:CCCGGGATCCAAGCTTACGGCTACCTTGTTACGACTT)[Weisberg et al., 1991]およびiNtRON Maximise Premix PCR kit(Intron Bio Technologies)を使用して、16s rRNAに対するPCRを、以下の条件で行った:最初の変性(94℃、2分間)、続いて35周期の変性(94℃、20秒)、アニーリング(55℃、20秒)、および伸長(72℃、60秒)、その後最終伸長ステップ(72℃、5分間)。シークエンスの結果は、C.autoethanogenumの16s rRNA遺伝子(rrsA)(Y18178,GI:7271109)に対して少なくとも99.9%同一であった。   To confirm the identity of the clone, the DNA genome is Isolated from a 50 ml culture of autoethanogenum DSM23693 (see above). Oligonucleotides (SEQ ID NO: 67: CCGAATTCGTCGACAACAGAGTTTGATCCCTGCTCAG) and rP2 (SEQ ID NO: 68: CCCGGGATCCAAGCTTACGGCACTCTGTTACGACTTT) [Weisberg et al. , 1991] and iNtRON Maximum Premix PCR kit (Intron Bio Technologies), PCR for 16s rRNA was performed under the following conditions: initial denaturation (94 ° C., 2 min) followed by 35 cycles of denaturation ( 94 ° C., 20 seconds), annealing (55 ° C., 20 seconds), and extension (72 ° C., 60 seconds), followed by final extension step (72 ° C., 5 minutes). The result of the sequence is C.I. It was at least 99.9% identical to the autoethanogenum 16s rRNA gene (rrsA) (Y18178, GI: 7271109).

イソプレンシンターゼ遺伝子の発現
qRT−PCR実験を、導入されたのイソプレンシンターゼの遺伝子がC.autoethanogenumでうまく発現したことを確認するために実行した。
Expression of isoprene synthase gene In qRT-PCR experiments, the introduced isoprene synthase gene was expressed in C.I. This was carried out to confirm that it was successfully expressed in autoethanogenum.

イソプレンシンターゼプラスミドpMTL 85146−ispSを含む培養物およびプラスミドを含まない対照培養物を、50mlの血清用のビンおよび唯一のエネルギーおよび炭素の供給源として30psi製鋼排ガス(ニュージーランドGlenbrookのNew Zealand Steelで収集、組成:44% CO、32% N、22% CO、2% H)を用いてPETC培地(表1)中で増殖させた。0.8mlの試料を0.5前後のOD600nmの対数増殖期中に採取し、1.6mlのRNA保護試薬(Qiagen)と混合した。この混合物を遠心し(6,000×g、5分、4℃)、細胞沈殿物を、液体窒素ですばやく凍結し、RNA抽出まで−80℃で保存した。総RNAを、RNeasy Mini Kit (Qiagen)を使用してマニュアルのプロトコル5にしたがって単離した。細胞の破壊を、混合物をシリンジに10回通過させることにより行い、50μlのRNase/DNaseを含まない水で溶出した。DNA−free(登録商標) Kit(Ambion)を使用したDNase I処理の後、逆転写ステップを、SuperScript III Reverse Transcriptase Kit (体外gen, Carlsbad, CA, USA)を使用して実行した。RNAを、Agilent Bioanalyzer 2100(Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA)、Qubit Fluorometer(体外gen, Carlsbad, CA, USA)を使用して、およびゲル電気泳動により検査した。非RT対照を、オリゴヌクレオチド対ごとに実施した。すべてのqRT−PCR反応は、25ngのcDNAテンプレート、67nMの各オリゴヌクレオチド(表2)、および1x iQ(商標)SYBR(登録商標)Green Supermix(Bio−Rad Labratories, Carlsbad, CA, USA)を含む総反応容量15μl中で、MyiQ(商標)Single Colour Detection System(Bio−Rad Labratories, Carlsbad, CA, USA)を使用して二連で実施した。反応条件は、95℃を3分間、続いて40周期の95℃の15秒間、55℃を15秒間および72℃を30秒間であった。オリゴヌクレオチドの二量体化または他の増幅副産物の検出のため、融解曲線分析を、qPCR(1℃/秒で58℃から95℃へ38周期)の完了直後に実施した。2つのハウスキーピング遺伝子(グアニル酸キナーゼおよびギ酸テトラヒドロ葉酸リガーゼ)を標準化のために各cDNA試料に含めた。相対的な遺伝子発現の決定を、Relative Expression Software Tool (REST(c)) 2008 V2.0.7(38)を使用して行った。4log単位に渡るcDNAの段階希釈を使用して標準曲線を作成し、結果として得られる増幅効率を用いてmRNAの濃度を計算した。

Figure 2015519065
Cultures containing isoprene synthase plasmid pMTL 85146-ispS and control cultures without plasmid were collected in a 50 ml serum bottle and 30 psi steelmaking exhaust (New Zealand Steel, Glenbrook, New Zealand, as the sole source of energy and carbon, Composition: 44% CO, 32% N 2 , 22% CO 2 , 2% H 2 ) was used to grow in PETC medium (Table 1). A 0.8 ml sample was taken during a logarithmic growth phase of OD 600 nm around 0.5 and mixed with 1.6 ml RNA protection reagent (Qiagen). This mixture was centrifuged (6,000 × g, 5 min, 4 ° C.) and the cell pellet was quickly frozen in liquid nitrogen and stored at −80 ° C. until RNA extraction. Total RNA was isolated using RNeasy Mini Kit (Qiagen) according to manual protocol 5. Cell disruption was performed by passing the mixture 10 times through a syringe and eluting with 50 μl RNase / DNase free water. After DNase I treatment using DNA-free® Kit (Ambion), a reverse transcription step was performed using SuperScript III Reverse Transscriptase Kit (in vitro gen, Carlsbad, CA, USA). RNA was examined using an Agilent Bioanalyzer 2100 (Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA), Qubit Fluorometer (in vitro gen, Carlsbad, CA, USA) and by gel electrophoresis. Non-RT controls were performed for each oligonucleotide pair. All qRT-PCR reactions include 25 ng cDNA template, 67 nM of each oligonucleotide (Table 2), and 1x iQ ™ SYBR ™ Green Supermix (Bio-Rad Laboratories, Carlsbad, CA, USA) Duplicates were performed using MyiQ ™ Single Color Detection System (Bio-Rad Laboratories, Carlsbad, Calif., USA) in a total reaction volume of 15 μl. The reaction conditions were 95 ° C. for 3 minutes, followed by 40 cycles of 95 ° C. for 15 seconds, 55 ° C. for 15 seconds and 72 ° C. for 30 seconds. For detection of oligonucleotide dimerization or other amplification byproducts, melting curve analysis was performed immediately after completion of qPCR (38 cycles from 58 ° C. to 95 ° C. at 1 ° C./s). Two housekeeping genes (guanylate kinase and formate tetrahydrofolate ligase) were included in each cDNA sample for normalization. Relative gene expression determination was performed using the Relative Expression Software Tool (REST (c)) 2008 V2.0.7 (38). A standard curve was generated using serial dilutions of cDNA over 4 log units, and the resulting amplification efficiency was used to calculate the concentration of mRNA.
Figure 2015519065

オリゴヌクレオチド対ispSを使用した野生型株では増幅が観察されなかったが、プラスミドpMTL 85146−ispSをもつ株でispSオリゴヌクレオチド対を用いてシグナルが測定され、ispS遺伝子がうまく発現していることを確認した。   No amplification was observed in the wild type strain using the oligonucleotide pair ispS, but a signal was measured using the ispS oligonucleotide pair in the strain with the plasmid pMTL 85146-ispS, indicating that the ispS gene is well expressed. confirmed.

実施例2−重要なテルペン前駆体DMAPP(ジメチルアリル二リン酸)およびIPP(イソペンテニル二リン酸)間の変換のためのイソペンテニル−二リン酸Δ−イソメラーゼの発現
前駆体DMAPP(ジメチルアリル二リン酸)およびIPP(イソペンテニル二リン酸)の利用可能性および均衡は、テルペン類の産生に重要である。DXS経路はIPPおよびDMAPPを等しく合成するのに対し、メバロン酸経路ではIPPのみが産生される。イソプレンの産生では、イソプレンシンターゼとともに存在する前駆体DMAPPのみを必要とし、一方より高度のテルペン類およびテルペノイド類の産生では、ゲラニルトランストランスフェラーゼによりゲラニル−PPを産生するために利用可能な等量のIPPおよびDMAPPを有することが必要である。
Example 2-Expression of isopentenyl-diphosphate Δ-isomerase for conversion between key terpene precursors DMAPP (dimethylallyl diphosphate) and IPP (isopentenyl diphosphate) Precursor DMAPP (dimethylallyl diphosphate) The availability and balance of phosphoric acid) and IPP (isopentenyl diphosphate) is important for the production of terpenes. The DXS pathway synthesizes IPP and DMAPP equally, whereas the mevalonate pathway produces only IPP. Production of isoprene requires only the precursor DMAPP present with isoprene synthase, while production of higher terpenes and terpenoids requires an equal amount of IPP available to produce geranyl-PP by geranyl transferase. And having DMAPP.

イソペンテニル−二リン酸Δ−イソメラーゼ発現プラスミドの構築:
イソペンテニル−二リン酸Δ−イソメラーゼ(YP_001310174.1)をコードするC. beijerinckii由来のイソペンテニル−二リン酸Δ−イソメラーゼ遺伝子idi(Gene ID:5294264)を、ispSの下流にクローニングした。この遺伝子を、C.autoethanogenumで上述した同一の方法を使用して取得したC. beijerinckii NCIMB8052のゲノムDNA由来のオリゴヌクレオチドIdi−Cbei−SacI−F(配列番号:26:GTGAGCTCGAAAGGGGAAATTAAATG)およびIdi−Cbei−KpnI−R(配列番号:27:ATGGTACCCCAAATCTTTATTTAGACG)を使用して増幅した。このPCR産物を、SacIおよびKpnI制限部位を使用してベクターpMTL 85146−ispSにクローニングし、プラスミドpMTL85146−ispS−idi(配列番号:28)を得た。嫌気性抵抗マーカーを、制限酵素PmeIおよびFseIを使用してcatPからermB(ベクターpMTL82254(FJ797646.1; Nigel Minton, University of Nottingham; Heap et al., 2009から入手)に交換し、プラスミドpMTL85246−ispS−idiを形成した(図3)。
Construction of isopentenyl-diphosphate Δ-isomerase expression plasmid:
C. encoding isopentenyl-diphosphate Δ-isomerase (YP — 001310174.1) The isopentenyl-diphosphate Δ-isomerase gene idi (Gene ID: 5294264) from beijerinckii was cloned downstream of ispS. This gene was designated as C.I. C. obtained using the same method described above with autoethanogenum. Beijerckii NCIMB8052 genomic DNA-derived oligonucleotides Idi-Cbei-SacI-F (SEQ ID NO: 26: GTGAGCTCGAAAGGGGAAATTAATG) and Idi-Cbei-KpnI-R (SEQ ID NO: 27: ATGGTACCCCAAATCTTTGTA) were used. This PCR product was cloned into the vector pMTL 85146-ispS using SacI and KpnI restriction sites, resulting in plasmid pMTL85146-ispS-idi (SEQ ID NO: 28). The anaerobic resistance marker was exchanged from catP to ermB (vector pMTL82254 (FJ79766.1; Nigel Minton, University of Nottingham; Heap et al., 2009) using plasmids P, 85S, using the restriction enzymes PmeI and FseI. -Idi was formed (FIG. 3).

C.autoethanogenumでの形質転換および発現を、プラスミドpMTL 85146−ispSについて記載されるように実行した。形質転換の成功後に、増殖実験を、50mlの血清ビンおよび唯一のエネルギーおよび炭素供給源として製鋼排ガス(ニュージーランドGlenbrookのNew Zealand Steelで収集、組成:44% CO、32% N、22% CO、2% H)を用いてPETC培地(表1)中で実行した。プラスミドがうまく導入されたことを確認するために、プラスミドミニプレップDNAを、上述したように形質転換体から実行した。colE1(colE1−F:配列番号:65:CGTCAGACCCCGTAGAAAおよびcolE1−R:配列番号:66:CTCTCCTGTTCCGACCCT)、ermB(ermB−F:配列番号:106:TTTGTAATTAAGAAGGAGおよびermB−R:配列番号:107:GTAGAATCCTTCTTCAAC)およびidi(Idi−Cbei−SacI−F:配列番号:26:GTGAGCTCGAAAGGGGAAATTAAATGおよびIdi−Cbei−KpnI−R:配列番号:27:ATGGTACCCCAAATCTTTATTTAGACG)を標的とするオリゴヌクレオチド対を使用する単離型プラスミドに対するPCRで、形質転換の成功を確認した(図8)。同様に、これらの形質転換からゲノムDNAを抽出し、オリゴヌクレオチドfD1およびrP2(上述参照)を使用して得られた16s rRNAアンプリコンがC.autoethanogenumの16S rRNAの遺伝子(Y18178,GI:7271109)に対して99.9%同一であることを確認した。 C. Transformation and expression with autoethanogenum was performed as described for plasmid pMTL 85146-ispS. After successful transformation, growth experiments were performed on 50 ml serum bottles and steelmaking exhaust as the sole energy and carbon source (collected at New Zealand Steel, New Zealand Glenbrook, composition: 44% CO, 32% N 2 , 22% CO 2. 2% H 2 ) was used in PETC medium (Table 1). To confirm that the plasmid was successfully introduced, plasmid miniprep DNA was run from the transformants as described above. colE1 (colE1-F: SEQ ID NO: 65: CGTCAGACCCCGTTAGAAA and colE1-R: SEQ ID NO: 66: CTCTCCTGTTCCCACCCCCT), ermB (ermB-F: SEQ ID NO: 106: TTTGTATAATTAAGAAGAGAG and ermB-R: SEQ ID NO: 107: GTTAGAC PCR on an isolated plasmid using an oligonucleotide pair targeting idi (Idi-Cbei-SacI-F: SEQ ID NO: 26: GTGAGCTCCGAAAGGGGAAAATATG and Idi-Cbei-KpnI-R: SEQ ID NO: 27: ATGGTACCCCAAATTCTTTTATAGCG) Successful transformation was confirmed (FIG. 8). Similarly, 16s rRNA amplicons obtained by extracting genomic DNA from these transformations and using oligonucleotides fD1 and rP2 (see above) were obtained from C.I. It was confirmed to be 99.9% identical to the gene for 16S rRNA of autoethanogenum (Y18178, GI: 7271109).

イソペンテニル−二リン酸Δ−イソメラーゼの遺伝子 idiに対するオリゴヌクレオチド対(idi−F、配列番号:71:ATA CGT GCT GTA GTC ATC CAA GAT A および idiR、配列番号:72:TCT TCA AGT TCA CAT GTA AAA CCC A)およびプラスミドpMTL 85146−ispS−idiをもつC.autoethanogenumを用いた血清ビンでの増殖実験由来の試料を使用して、上述のように、遺伝子発現が成功したことの確認を行った。イソプレンシンターゼ遺伝子ispSに対するシグナルもまた観察された(図14)。   Oligonucleotide pair for isopentenyl-diphosphate Δ-isomerase gene idi (idi-F, SEQ ID NO: 71: ATA CGT GCT GTA GTC ATC CAA GAT A and idiR, SEQ ID NO: 72: TCT TCA AGT TCA CAT GTA AAA CCC A) and C. aureus with plasmid pMTL 85146-ispS-idi. Using samples from growth experiments in serum bottles using autoethanogenum, confirmation of successful gene expression was performed as described above. A signal for the isoprene synthase gene ispS was also observed (FIG. 14).

実施例3−DXS経路の過剰発現
DXS経路を介するフローを改善するために、経路の遺伝子を過剰発現させた。経路の最初のステップである、ピルビン酸およびD−グリセルアルデヒド−3−リン酸(G3P)のデオキシキシルロース5−リン酸(DXP/DXPS/DOXP)への変換は、デオキシキシルロース 5−リン酸シンターゼ(DXS)により触媒される。
Example 3-Overexpression of the DXS pathway To improve the flow through the DXS pathway, genes in the pathway were overexpressed. The first step of the pathway, the conversion of pyruvate and D-glyceraldehyde-3-phosphate (G3P) to deoxyxylulose 5-phosphate (DXP / DXPS / DOXP), is deoxyxylulose 5-phosphorus. Catalyzed by acid synthase (DXS).

DXS過剰発現発現プラスミドの構築:
C.autoethanogenumのdxs遺伝子を、上述の他の遺伝子に記載されるように、オリゴヌクレオチドDxs−SalI−F(配列番号:29:GCAGTCGACTTTATTAAAGGGATAGATAA)およびDxs−XhoI−R(配列番号:30:TGCTCGAGTTAAAATATATGACTTACCTCTG)を用いてゲノムDNAから増幅させた。増幅された遺伝子を次にSalIおよびXhoIでプラスミドpMTL85246−ispS−idi内にクローン化し、プラスミドpMTL85246−ispS−idi−dxs(配列番号:31および図4)を産生した。表3に開示されるオリゴヌクレオチドを使用したDNAの配列決定により、ispS、idi、およびdxsのクローニングが変異なく成功したことを確認した(図5)。ispSおよびidi遺伝子を、それぞれ実施例1および実施例2に記載する。

Figure 2015519065
Construction of a DXS overexpression expression plasmid:
C. The autoxanthogenum dxs gene was converted to oligonucleotides Dxs-SalI-F (SEQ ID NO: 29: GCAGTCCGACTTTATATAAGGGATAGATAA) and Dxs-XhoI-R (SEQ ID NO: 30: TGCTCGAGTTAAATATGTAG) Amplified from genomic DNA. The amplified gene was then cloned into plasmid pMTL85246-ispS-idi with SalI and XhoI to produce plasmid pMTL85246-ispS-idi-dxs (SEQ ID NO: 31 and FIG. 4). Sequencing of DNA using the oligonucleotides disclosed in Table 3 confirmed that ispS, idi, and dxs were successfully cloned without mutation (FIG. 5). The ispS and idi genes are described in Example 1 and Example 2, respectively.
Figure 2015519065

C.autoethanogenumでの形質転換および発現
C.autoethanogenumnでの形質転換および発現を、プラスミドpMTL 85146−ispSに記載されるように実行した。形質転換の成功後に、増殖実験を、50mlの血清用のビンおよび単一のエネルギーおよび炭素の供給源として30psi製鋼排ガス(ニュージーランドGlenbrookのNew Zealand Steelで収集、組成:44% CO、32% N、22% CO、2% H)を用いPETC培地(表1)中で実行した。遺伝子発現の確認を、OD600nm=0.75で収集した試料から上述したように実行した。オリゴヌクレオチド対 dxs−F(配列番号:73:ACAAAGTATCTAAGACAGGAGGTCA)およびdxs−R(配列番号:74:GATGTCCCACATCCCATATAAGTTT)を使用して、野生型株およびプラスミドpMTL 85146−ispS−idi−dxsをもつ株における遺伝子dxsの発現を測定した。プラスミドをもつ株でのmRNAレベルが、野生型と比較して3倍超増加していることが見出された(図15)。バイオマスはRNA抽出前に規準化した。
C. B. Transformation and expression in autoethanogenum Transformation and expression with autoethanogenum was performed as described in plasmid pMTL 85146-ispS. After successful transformation, growth experiments were performed in 50 ml serum bottles and 30 psi steelmaking flue gas as a single energy and carbon source (collected at New Zealand Steel, New Zealand Glenbrook, composition: 44% CO, 32% N 2 was performed in PETC medium (Table 1) using H 2) 22% CO 2, 2%. Confirmation of gene expression was performed as described above from samples collected at OD 600nm = 0.75. Oligonucleotide pair dxs-F (SEQ ID NO: 73: ACAAAGTATCTAAGACAGGAGGGTCA) and dxs-R (SEQ ID NO: 74: GATGTCCCCACATCCCATATAAGTT)) gene dxs in wild type strains and strains with plasmid pMTL 85146-ispS-idi-dxs The expression of was measured. It was found that the mRNA level in the strain with the plasmid increased more than 3 times compared to the wild type (FIG. 15). Biomass was normalized before RNA extraction.

実施例4−メバロン酸経路の導入および発現
メバロン酸経路の第1のステップ(図7)は、2分子のアセチルCoAをアセトアセチルCoA(およびHS−CoA)に変換するチオラーゼにより触媒される。この酵素は、同一の発明者らにより酸化炭素栄養性酢酸産生菌のClostridium autoethanogenumおよびC.ljungdahliiでうまく発現されている(米国特許公開公報第2011/0236941号)。メバロン酸経路の残りの遺伝子の構築物が設計されている。
Example 4 Introduction and Expression of the Mevalonate Pathway The first step of the mevalonate pathway (FIG. 7) is catalyzed by a thiolase that converts two molecules of acetyl CoA to acetoacetyl CoA (and HS-CoA). This enzyme has been obtained by the same inventors, Clostridium autoethanogenum and C.I. It is successfully expressed in ljungdahlii (US Patent Publication No. 2011/0236941). The remaining gene constructs of the mevalonate pathway have been designed.

メバロン酸発現プラスミドの構築:
標準的な組み換えDNAおよび分子クローニング技術を使用した(Sambrook, J., および Russell, D., Molecular cloning: A Laboratory Manual 3rd Ed., Cold Spring Harbour Lab Press, Cold Spring Harbour, NY, 2001)。メバロン酸経路の前半部によるメバロン酸の合成に必要とされる3つの遺伝子、すなわちチオラーゼ(thlA/vraB)、HMG−CoAシンターゼ(HMGS)およびHMG−CoAレダクターゼ(HMGR)は、オペロン(Pptaack−thlA/vraB−HMGS−Patp−HMGR)としてコドンを最適化された。
Construction of mevalonic acid expression plasmid:
Standard recombinant DNA and molecular cloning techniques were used (Sambrook, J., and Russell, D., Molecular cloning: A Laboratory Manual 3rd Ed., Cold Spring Harbor Lab Press, Cold Spring, Cold Spring 200, Cold Spring, Cold Spring 200, Cold Spring, Cold Spring 200, Cold Spring, Cold Spring, Cold Spring, H Three genes required for the synthesis of mevalonate by the first half of the mevalonate pathway, namely thiolase (thlA / vrA), HMG-CoA synthase (HMGS) and HMG-CoA reductase (HMGR), are operons (P ptaack − thlA / vrB-HMGS- Patp- HMGR).

C.autoethanogenumのホスホトランスアセチラーゼ/酢酸キナーゼオペロンプロモーター(Ppta−ack)(配列番号:61)を、チオラーゼおよびHMG−CoAシンターゼの発現に使用し、一方C.autoethanogenumのATPシンターゼのプロモーター領域(Patp)をHMG−CoAレダクターゼの発現に使用した。チオラーゼの2つの変異体、Clostridium acetobutylicum由来のthlAおよびStaphylococcus aureu由来のvraBを合成し、かつ、さらなるサブクローニングのためにNdeIおよびEcoRI制限部位を側面に位置した。HMG−CoAシンターゼ(HMGS)およびHMG−CoAレダクターゼ(HMGR)の両方をStaphylococcus aureusから合成し、さらなるサブクローニングのためEcoRI−SacI および KpnI−XbaI制限部位それぞれに側面に位置した。使用したすべての最適化DNAを表4に示す。

Figure 2015519065
C. The autoethanogenum phosphotransacetylase / acetate kinase operon promoter (P pta-ack ) (SEQ ID NO: 61) was used for the expression of thiolase and HMG-CoA synthase, while C.I. The promoter region (P atp ) of the autoethanogenum ATP synthase was used for expression of HMG-CoA reductase. Two variants of thiolase, thlA from Clostridium acetobutyricum and vraB from Staphylococcus aureu, were synthesized and flanked by NdeI and EcoRI restriction sites for further subcloning. Both HMG-CoA synthase (HMGS) and HMG-CoA reductase (HMGR) were synthesized from Staphylococcus aureus and flanked on EcoRI-SacI and KpnI-XbaI restriction sites, respectively, for further subcloning. All optimized DNAs used are shown in Table 4.
Figure 2015519065

ヒドロキシメチルグルタリル−CoA レダクターゼ(HMGR)と共にATPシンターゼプロモーター(Patp)を、オリゴヌクレオチドpUC57−F(配列番号:46:AGCAGATTGTACTGAGAGTGC)およびpUC57−R(配列番号:47:ACAGCTATGACCATGATTACG)を使用し、ならびにpUC57−Patp−HMGRをテンプレートとして使用して増幅した。2033bpの増幅したフラグメントを、SacIおよびXbaIで消化して、E.coli−ClostridiumシャトルベクターpMTL 82151に連結し(FJ7976; Nigel Minton, University of Nottingham, UK; Heap et al., 2009, J Microbiol Methods. 78: 79−85)、プラスミドpMTL 82151−Patp−HMGR(配列番号:76)を得た。 Using ATP synthase promoter (P atp ) with hydroxymethylglutaryl-CoA reductase (HMGR), oligonucleotides pUC57-F (SEQ ID NO: 46: AGCAGAGTGTACTGAGAGTGC) and pUC57-R (SEQ ID NO: 47: ACAGCTATGACCATGATTTACG), and Amplification was performed using pUC57-Patp-HMGR as a template. The 2033 bp amplified fragment was digested with SacI and XbaI and E. coli. E. coli-Clostridium shuttle vector pMTL 82151 (FJ7976; Nigel Minton, University of Nottingham, UK; Heap et al., 2009, J Microbiol Methods 79-P 79: M 79-P 79: M : 76) was obtained.

3−ヒドロキシ−3−メチルグルタリル−CoA シンターゼ(HMGS)を、オリゴヌクレオチドEcoRI−HMGS_F(配列番号:77:AGCCGTGAATTCGAGGCTTTTACTAAAAACA)およびEcoRI−HMGS_R(配列番号:78:AGGCGTCTAGATGTTCGTCTCTACAAATAATT)を使用して、コドンを合成したプラスミドpGH−seq3.2から増幅した。1391bpの増幅したフラグメントを、SacIおよびEcoRIで消化し、以前に作成したプラスミドpMTL 82151−Patp−HMGRに連結して、pMTL 82151−HMGS−Patp−HMGR(配列番号:79)を得た。作成したプラスミドpMTL 82151−HMGS−Patp−HMGR(配列番号:79)および1768 bpのコドンを最適化したオペロンPptaack−thlA/vraBは、両方ともNotIおよびEcoRIで切断した。連結反応を実施し、その後E.coli XL1−Blue MRF’ Kanに形質転換して、プラスミドpMTL8215−Pptaack−thlA/vraB−HMGS−Patp−HMGR(配列番号:50)を得た。   3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA synthase (HMGS) was synthesized using oligonucleotides EcoRI-HMGS_F (SEQ ID NO: 77: AGCCGTGAATTCGAGGCTTTTACTAAAACA) and EcoRI-HMGS_R (SEQ ID NO: 78: AGGCGTCTAGATGTTATCATCT) Amplified from the plasmid pGH-seq3.2. The 1391 bp amplified fragment was digested with SacI and EcoRI and ligated to the previously generated plasmid pMTL 82151-Patp-HMGR to yield pMTL 82151-HMGS-Patp-HMGR (SEQ ID NO: 79). The plasmids pMTL 82151-HMGS-Patp-HMGR (SEQ ID NO: 79) and the 1768 bp codon optimized operon Pptaack-thlA / vraB were both cut with NotI and EcoRI. A ligation reaction is performed and then E. coli. E. coli XL1-Blue MRF ′ Kan was transformed into plasmid pMTL8215-Pptaack-thlA / vrB-HMGS-Patp-HMGR (SEQ ID NO: 50).

メバロン酸経路の後半部を介したメバロン酸からのテルペノイドの重要な中間体の合成のために必要である5つの遺伝子、すなわち、メバロン酸キナーゼ(MK)、ホスホメバロン酸キナーゼ(PMK)、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ(PMD)、イソペンテニル−二リン酸Δ−イソメラーゼ(idi)およびイソプレンシンターゼ(ispS)を、ATG:Biosynthetics GmbH(Merzhausen、ドイツ)によりコドンを最適化した。メバロン酸キナーゼ(MK)、ホスホメバロン酸キナーゼ(PMK)およびジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ(PMD)を、Staphylococcus aureusから取得した。   Five genes that are required for the synthesis of key terpenoid intermediates from mevalonate via the second half of the mevalonate pathway: mevalonate kinase (MK), phosphomevalonate kinase (PMK), diphosphomevalonate de Carboxylase (PMD), isopentenyl-diphosphate Δ-isomerase (idi) and isoprene synthase (ispS) were codon optimized by ATG: Biosynthetics GmbH (Merzhausen, Germany). Mevalonate kinase (MK), phosphomevalonate kinase (PMK) and diphosphomevalonate decarboxylase (PMD) were obtained from Staphylococcus aureus.

C.autoethanogenumのRNF複合体のプロモーター領域(Prnf)(配列番号:62)を、メバロン酸キナーゼ(MK)、ホスホメバロン酸キナーゼ(PMK)およびジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ(PMD)の発現に使用し、一方C.autoethanogenumのピルビン酸:フェレドキシンオキシドレダクターゼのプロモーター領域(Pfor)(配列番号:22)を、イソペンテニル−二リン酸Δ−イソメラーゼ(idi)およびイソプレンシンターゼ(ispS)の発現に使用した。使用されたすべてのDNA配列を表5に示す。コドンが最適化されたPrnf−MKを、オリゴヌクレオチド NotI−XbaI−Prnf−MK_F(配列番号:80:ATGCGCGGCCGCTAGGTCTAGAATATCGATACAGATAAAAAAATATATAATACAG)およびSalI−Prnf−MK_R(配列番号:81:TGGTTCTGTAACAGCGTATTCACCTGC)で合成プラスミドpGH− Prnf−MK−PMK−PMDから増幅した。その後、増幅した遺伝子をNotIおよびSalIでプラスミドpMTL83145(配列番号:49)にクローニングして、プラスミドpMTL8314−Prnf−MK(配列番号:82)を産生した。この結果として得られるプラスミドおよびコドンを最適化した2165bpのフラグメントPMK−PMDを、SalIおよびHindIIIで消化した。連結反応を実施してプラスミドpMTL 8314−Prnf−MK−PMK−PMD(配列番号:83)を得た。 C. The promoter region (P rnf ) (SEQ ID NO: 62) of the RNF complex of autoethanogenum is used for expression of mevalonate kinase (MK), phosphomevalonate kinase (PMK) and diphosphomevalonate decarboxylase (PMD), while C.I. The autoethanogenum pyruvate: ferredoxin oxidoreductase promoter region (P for ) (SEQ ID NO: 22) was used for the expression of isopentenyl-diphosphate Δ-isomerase (idi) and isoprene synthase (ispS). All DNA sequences used are shown in Table 5. Codon-optimized Prnf-MK was converted into oligonucleotides NotI-XbaI-Prnf-MK_F (SEQ ID NO: 80: ATGCCGCGCCCGTAGGTCTAGATAAAAAAAATATAATATACAG) and SalI-Prnf-MGTA -Amplified from PMK-PMD. Thereafter, the amplified gene was cloned into plasmid pMTL83145 (SEQ ID NO: 49) with NotI and SalI to produce plasmid pMTL8314-Prnf-MK (SEQ ID NO: 82). The resulting plasmid and codon optimized 2165 bp fragment PMK-PMD was digested with SalI and HindIII. Ligation reaction was performed to obtain plasmid pMTL 8314-Prnf-MK-PMK-PMD (SEQ ID NO: 83).

メバロン酸経路をもたないイソプレン発現プラスミドを、制限部位AgelおよびNhelの側面に位置するイソプレンシンターゼ(ispS)を以前に作成したファルネセンプラスミドpMTL 8314−Prnf−MK−PMK−PMD−Pfor−idi−ispA−FS(配列番号:91)に連結することにより作成し、プラスミドpMTL8314−Prnf−MK−PMK−PMD−Pfor−idi−ispS(配列番号:84)を得た。最終的なイソプレン発現プラスミドpMTL 8314−Pptaack−thlA−HMGS−Patp−HMGR−Prnf−MK−PMK−PMD−Pfor−idi−ispS(配列番号:58、図10)を、NotIおよびXbaIを使用してpMTL8215−Pptaack−thlA−HMGS−Patp−HMGR(配列番号:50)由来のPptaack−thlA−HMGS−Patp−HMGRの4360bpのフラグメントとpMTL 8314−Prnf−MK−PMK−PMD−Pfor−idi−ispS(配列番号:84)を連結することにより作成した。

Figure 2015519065
An isoprene expression plasmid without the mevalonate pathway was obtained from the farnesene plasmid pMTL 8314-Prnf-MK-PMK-PMD-Pfor-idi, in which the isoprene synthase (ispS) located flanking the restriction sites Agel and Nhel was previously created. -Plasmid pMTL8314-Prnf-MK-PMK-PMD-Pfor-idi-ispS (SEQ ID NO: 84) was prepared by ligating to -ispA-FS (SEQ ID NO: 91). The final isoprene expression plasmid pMTL 8314-Pptaack-thlA-HMGS-Patp-HMGR-Prnf-MK-PMK-PMD-Pfor-idi-ispS (SEQ ID NO: 58, FIG. 10) was used using NotI and XbaI. A 4360 bp fragment of Pptaack-thlA-HMGS-Patp-HMGR derived from pMTL8215-Pptaack-thlA-HMGS-Patp-HMGR (SEQ ID NO: 50) and pMTL 8314-Prnf-MK-PMK-PMD-Pfor-i It was created by linking SEQ ID NO: 84).
Figure 2015519065

実施例5‐メバロン酸経路を介したCOからのファルネセンの産生のためのC.autoethanogenumへのファルネセンシンターゼの導入
テルペノイドの重要な中間体IPPおよびDMAPPから直接イソプレンを産生してより長鎖のテルペンを合成する代わりに、ゲラニルトランストランスフェラーゼを介して、直接C10モノテルペノイド類またはC15セスキテルペノイド類などの長鎖テルペン類を合成することも可能である(表6参照)。C15セスキテルペノイド構築ブロックファルネシルPPから、ファルネセンを産生することが可能であり、これはエタノールと同じく、輸送燃料に使用できる。
Example 5-C. for production of farnesene from CO via the mevalonate pathway Incorporation of farnesene synthase into autoethanogenum Key intermediates of terpenoids Instead of producing isoprene directly from IPP and DMAPP to synthesize longer chain terpenes, direct C10 monoterpenoids or C15 via geranyltransferase It is also possible to synthesize long chain terpenes such as sesquiterpenoids (see Table 6). Farnesene can be produced from the C15 sesquiterpenoid building block farnesyl PP, which, like ethanol, can be used as a transportation fuel.

ファルネセン発現プラスミドの構築
メバロン酸経路を介したIPPおよびDMAPPからのファルネセン合成に必要とされる2つの遺伝子、すなわち、ゲラニルトランストランスフェラーゼ(ispA)およびαファルネセンシンターゼ(FS)を、コドンを最適化した。ゲラニルトランストランスフェラーゼ(ispA)はEscherichia coli str. K−12 substrから取得しMG1655アルファダルファルネセンシンターゼ(FS)はMalus x domesticaから取得した。使用されたすべてのDNA配列を表6に記載する。コドンを最適化したidiは、メバロン酸経路idi_F(配列番号:86:AGGCACTCGAGATGGCAGAGTATATAATAGCAGTAG)およびidi_R2(配列番号:87: AGGCGCAAGCTTGGCGCACCGGTTTATTTAAATATCTTATTTTCAGC)で合成プラスミドpMTL83245−Pfor−FS−idi(配列番号:85)から増幅した。その後、増幅した遺伝子を、XhoIおよびHindIIIでプラスミドpMTL83245−Pforにクローン化し、プラスミドpMTL83245−Pfor−idi(配列番号:88)を産生した。この結果として得られたプラスミドおよびファルネセンシンターゼの1754bpのコドン最適化フラグメントを、HindIIIおよびNheIで消化した。連結反応を実施して、プラスミドpMTL83245−Pfor−idi−FS(配列番号:89)を得た。ispAの946bpフラグメントおよびpMTL83245−Pfor−idi−FSを、AgeIおよびHindIIIで消化し、結合させ、結果としてプラスミドpMTL83245−Pfor−idi−ispA−FS(配列番号:90)を作成した。上流のメバロン酸経路をもたないファルネセン発現プラスミドは、pMTL83245−Pfor−idi−ispA−FSからのPfor−idi−ispA−FSの2516bpのフラグメントをpMTL 8314−Prnf−MK−PMK−PMDに連結することにより作成して、プラスミドpMTL 8314−Prnf−MK−PMK−PMD−Pfor−idi−ispA−FS(配列番号:91)を得た。最終的なファルネセン発現プラスミドMTL83145−thlA−HMGS−Patp−HMGR−Prnf−MK−PMK−PMD−Pfor−idi−ispA−FS(配列番号:59および図18)は、制限部位NotIおよびXbaIを使用してpMTL8215−Pptaack−thlA−HMGS−Patp−HMGR (配列番号:50)由来のPptaack−thlA−HMGS−Patp−HMGRの4630bpフラグメントをpMTL 8314−Prnf−MK−PMK−PMD−Pfor−idi−ispA−FS(配列番号:91)と連結することにより作成される。

Figure 2015519065
Construction of Farnesene Expression Plasmid Two genes required for synthesis of farnesene from IPP and DMAPP via the mevalonate pathway, geranyltransferase (ispA) and α-farnesene synthase (FS), optimized codons did. Geranyl transferase (ispA) is obtained from Escherichia coli str. MG1655 alphadarfarnesene synthase (FS) obtained from K-12 substr was obtained from Malus x domestica. All DNA sequences used are listed in Table 6. The codon-optimized idi was mevalonate pathway idi_F (SEQ ID NO: 86: AGGCACTCGGATAGGGCAGGATATATAATAGCAGTAG) and idi_R2 (SEQ ID NO: 87: AGGCGCCAAGCTTGGCGCCAGTGTATATTCTTT TTTCpGC). The amplified gene was then cloned into plasmid pMTL83245-Pfor with XhoI and HindIII, producing plasmid pMTL83245-Pfor-idi (SEQ ID NO: 88). The resulting plasmid and the 1754 bp codon optimized fragment of farnesene synthase were digested with HindIII and NheI. Ligation reaction was performed to obtain plasmid pMTL83245-Pfor-idi-FS (SEQ ID NO: 89). The ispA 946 bp fragment and pMTL83245-Pfor-idi-FS were digested with AgeI and HindIII and ligated, resulting in the plasmid pMTL83245-Pfor-idi-ispA-FS (SEQ ID NO: 90). A farnesene expression plasmid without an upstream mevalonate pathway links a 2516 bp fragment of Pfor-idi-ispA-FS from pMTL83245-Pfor-idi-ispA-FS to pMTL 8314-Prnf-MK-PMK-PMD Thus, plasmid pMTL 8314-Prnf-MK-PMK-PMD-Pfor-idi-ispA-FS (SEQ ID NO: 91) was obtained. The final farnesene expression plasmid MTL83145-thlA-HMGS-Patp-HMGR-Prnf-MK-PMK-PMD-Pfor-idi-ispA-FS (SEQ ID NO: 59 and FIG. 18) uses the restriction sites NotI and XbaI. The 4630 bp fragment of Pptaack-thlA-HMGS-Patp-HMGR derived from pMTL8215-Pptaack-thlA-HMGS-Patp-HMGR (SEQ ID NO: 50) It is created by linking with FS (SEQ ID NO: 91).
Figure 2015519065

C.autoethanogenumへの形質転換
C.autoethanogenumでの形質転換および発現を、実施例1に記載するように実行した。
C. Transformation into autoethanogenum C.I. Transformation and expression with autoethanogenum was performed as described in Example 1.

成功した形質転換の確認
MTL8314−Prnf−MK−PMK−PMD−Pfor−idi−ispA−FS(配列番号:59)の存在を、garm+ve perpliconの一部およびpMTL831xxxの一連のプラスミド上のcat遺伝子の大部分を選択的に増幅するオリゴヌクレオチドrepHF(配列番号:92:AAGAAGGGCGTATATGAAAACTTGT)およびcatR(配列番号:93:TTCGTTTACAAAACGGCAAATGTGA)を使用して、コロニーPCRにより確認した。1854bpのバンドを得た(図16)。
Confirmation of successful transformation The presence of MTL8314-Prnf-MK-PMK-PMD-Pfor-idi-ispA-FS (SEQ ID NO: 59) was confirmed by the presence of a large portion of the cat gene on a series of garm + ve perplicon and a series of plasmids of pMTL831xxx. It was confirmed by colony PCR using oligonucleotides repHF (SEQ ID NO: 92: AAGAAGGGCGTATATGAAAAACTTTGT) and catR (SEQ ID NO: 93: TTCGTTTACAAAACGGCAAATGTGA) that selectively amplify the portion. A 1854 bp band was obtained (FIG. 16).

C.autoethanogenumでの下流メバロン酸経路の発現
下流のメバロン酸経路遺伝子であるメバロン酸キナーゼ(MK 配列番号:51)、ホスホメバロン酸キナーゼ(PMK 配列番号:52)、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ(PMD 配列番号:53)、イソペンチル−二リン酸Δ−イソメラーゼ(idi;配列番号:54)、ゲラニルトランストランスフェラーゼ(ispA;配列番号:56)およびファルネセンシンターゼ(FS配列番号57)の発現の確認を、実施例1に上述するように行った。使用したオリゴヌクレオチドを表7に列挙する。

Figure 2015519065
C. Expression of the downstream mevalonate pathway in autoethanogenum Mevalonate kinase (MK SEQ ID NO: 51), phosphomevalonate kinase (PMK SEQ ID NO: 52), diphosphomevalonate decarboxylase (PMD SEQ ID NO: 53), which are downstream mevalonate pathway genes Confirmation of the expression of isopentyl-diphosphate Δ-isomerase (idi; SEQ ID NO: 54), geranyl transferase (ispA; SEQ ID NO: 56) and farnesene synthase (FS SEQ ID NO: 57) is shown in Example 1. Performed as described above. The oligonucleotides used are listed in Table 7.
Figure 2015519065

下流メバロン酸経路のすべての遺伝子の発現を確認するRt−PCRデータを図18に示し、このデータはまた表8にまとめた。

Figure 2015519065
Rt-PCR data confirming the expression of all genes in the downstream mevalonate pathway is shown in FIG. 18, and this data is also summarized in Table 8.
Figure 2015519065

メバロン酸からのαファルネセンの産生
プラスミドpMTL8314−Prnf−MK−PMK−PMD−Pfor−idi−ispA−FSの形質転換の成功を確認した後に、唯一の炭素およびエネルギー供給源として30psiのReal Mill Gas(ニュージーランドGlenbrookのNew Zealand Steelで収集、組成:44% CO、32% N、22% CO、2% H)を用いて、250mlの血清ビン中の50mlPETC培地(表1)で増殖実験を行った。すべての培養物を、血清ビンを保持するよう適合されオービタル振盪機上で、37℃でインキュベートした。形質転換物を、1mMのメバロン酸を追加した新鮮な培地に継代培養する前に、OD600が、〜0.4となるまで増殖させた。メバロン酸のない対照を、同一の培養物から同一の時間に設定した。GC−MS(ガスクロマトグラフィー-質量分析)の試料を、各時点で採取した。図17は、2つの対照培養物および1mMのメバロン酸を供給した2つの培養物の代表的な増殖曲線を示す。ファルネセンが、実験の開始から66時間後および90時間後に採取した試料で検出された(図19〜21)。
Production of α-farnesene from mevalonic acid After confirming successful transformation of plasmid pMTL8314-Prnf-MK-PMK-PMD-Pfor-idi-ispA-FS, 30 psi Real Mill Gas ( Collected on New Zealand Steel, New Zealand Glenbrook, composition: 44% CO, 32% N 2 , 22% CO 2 , 2% H 2 ) using 50 ml PETC medium (Table 1) in 250 ml serum bottles. went. All cultures were incubated at 37 ° C. on an orbital shaker adapted to hold serum bottles. Transformants were grown to an OD600 of ~ 0.4 before being subcultured into fresh medium supplemented with 1 mM mevalonic acid. A control without mevalonic acid was set at the same time from the same culture. GC-MS (Gas Chromatography-Mass Spectrometry) samples were taken at each time point. FIG. 17 shows representative growth curves of two control cultures and two cultures fed with 1 mM mevalonic acid. Farnesene was detected in samples taken 66 and 90 hours after the start of the experiment (FIGS. 19-21).

ガスクロマトグラフィー-質量分析によるαファルネセンの検出
αファルネセンのGC−MS検出のため、5mlの培養物に対し、2mlのヘキサンを添加し、激しく振って密封したガラスのバルク管(balch tube)中で混合することによりヘキサン抽出を実施した。その後、この管を、5分間超音波処置ウォーターバスでインキュベートして相の分離を促進した。400μlのヘキサン抽出物をGCバイアル(vail)に移しオートローダーに装填した。試料を、0.25μmのフィルム厚のEC−1000カラム( Grace Davidson, OR, USA)、VARIAN MS workstation (Varian Inc, CA, USA. Now Agilent Technologies)およびNIST MS Search 2.0 (Agilent Technologies, CA, USA)を備えたVARIAN GC3800 MS4000 iontrap GC/MS (Varian Inc, CA, USA. Now Agilent Technologies)で分析した。注入容量は1μlであり、ヘリウムキャリアーガスの流量は1ml/分であった。
Detection of α-farnesene by gas chromatography-mass spectrometry For GC-MS detection of α-farnesene, in 5 ml of culture, add 2 ml of hexane and shake vigorously in a sealed glass bulk tube. Hexane extraction was performed by mixing. The tube was then incubated in a sonicated water bath for 5 minutes to facilitate phase separation. 400 μl of hexane extract was transferred to a GC vial and loaded into an autoloader. Samples were prepared using EC-1000 columns (Grace Davidson, OR, USA), VARIAN MS working (Varian Inc, CA, USA. Now Agilent Technologies 2.0) and NIST MS Engineering 2.0 (National Institute of Technology 2.0). , USA) with a VARIAN GC3800 MS4000 iontrap GC / MS (Varian Inc, CA, USA. Now Agilent Technologies). The injection volume was 1 μl and the flow rate of helium carrier gas was 1 ml / min.

本発明は本明細書に記載されている通りであり、これは、過度の実験を行うことなく本明細書を読むことにより本発明の実施を可能とすることを目的とする。しかしながら、本発明の範囲を逸脱することなく、多くの成分およびパラメータを、特定の内容に変動または修正してもよく、知られている均等物に変えてもよいことは、当業者に明らかである。また、このような修正および均等物は、個々に設定されるように本明細書に組み込まれていることは明らかである。発明の名称、表題などは、本文書の読み手の理解を高めるために提供されるものであり、本発明の範囲を限定するように読み取られるものではない。   The present invention is as described herein, which is intended to enable the practice of the present invention by reading the specification without undue experimentation. However, it will be apparent to those skilled in the art that many components and parameters may be varied or modified to a specific content and changed to known equivalents without departing from the scope of the invention. is there. It is also apparent that such modifications and equivalents are incorporated herein to be set individually. The names, titles, etc. of the invention are provided to enhance the understanding of the reader of this document and are not read to limit the scope of the invention.

もし存在する場合には、上記かつ以下に引用されるすべての特許出願、特許、および公開公報のすべての開示は、本明細書に参照として援用される。しかしながら、いずれの特許出願、特許、および公開公報に対する参照は、有効な先行技術を構成するまたは世界のいずれかの国で共通な一般的知識の部分を形成すると認識されるものではなく、また示唆されるものではない。   If present, the entire disclosures of all patent applications, patents, and publications cited above and below are hereby incorporated by reference. However, references to any patent application, patent, and publication are not recognized and imply that they constitute valid prior art or form part of general knowledge common to any country in the world. Is not to be done.

特段の記載がない限り、「含む(comprise)」、「含んでいる(comprising)」などの用語は、排他的な意味と反対の包括的な意味として理解され、すなわち「限定するものではないが、〜を含む」と理解される。   Unless stated otherwise, terms such as “comprise”, “comprising” and the like are to be understood as a comprehensive meaning opposite to the exclusive meaning, ie “not limiting” , Including ".

Claims (31)

メバロン酸経路またはDXS経路またはテルペン生合成経路の酵素をコードする外来性核酸を含む、単離され、遺伝的に改変された、酸化炭素栄養性の、酢酸産生細菌であって、これにより細菌が酵素を発現し、前記酵素が、
a) チオラーゼ(EC 2.3.1.9);
b) HMG−CoAシンターゼ(EC 2.3.3.10);
c) HMG−CoAレダクターゼ(EC 1.1.1.88);
d) メバロン酸キナーゼ(EC 2.7.1.36);
e) ホスホメバロン酸キナーゼ(EC 2.7.4.2);
f) ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ(EC 4.1.1.33);1−デオキシ−D−キシルロース−5−リン酸シンターゼ DXS(EC:2.2.1.7);
g) 1−デオキシ−D−キシルロース 5−リン酸レダクトイソメラーゼ DXR(EC:1.1.1.267);
h) 2−C−メチル−D−エリスリトール 4−リン酸シチジリルトランスフェラーゼ IspD(EC:2.7.7.60);
i) 4−ジホスホシチジル−2−C−メチル−D−エリスリトール キナーゼ IspE(EC:2.7.1.148);
j) 2−C−メチル−D−エリスリトール 2;4−シクロ二リン酸シンターゼIspF(EC:4.6.1.12);
k) 4−ヒドロキシ−3−メチルブタ −2−エン−1−イル 二リン酸シンターゼ IspG(EC:1.17.7.1);
l) 4−ヒドロキシ−3−メチルブタ −2−エニル 二リン酸レダクターゼ(EC:1.17.1.2);ゲラニルトランストランスフェラーゼ Fps(EC:2.5.1.10);
m) ヘプタプレニル二リン酸シンターゼ(EC:2.5.1.10);
n) オクタプレニル−二リン酸シンターゼ(EC:2.5.1.90);
o) イソプレンシンターゼ(EC 4.2.3.27);
p) イソペンテニル−二リン酸Δ−イソメラーゼ(EC 5.3.3.2);および
q) ファルネセンシンターゼ(EC 4.2.3.46 / EC 4.2.3.47)
からなる群から選択される、
細菌。
An isolated, genetically modified, oxytrophic, acetic acid producing bacterium comprising an exogenous nucleic acid encoding an enzyme of the mevalonate pathway or the DXS pathway or the terpene biosynthetic pathway, whereby the bacterium Expressing an enzyme, said enzyme
a) thiolase (EC 2.3.1.9);
b) HMG-CoA synthase (EC 2.3.3.10);
c) HMG-CoA reductase (EC 1.1.1.88);
d) Mevalonate kinase (EC 2.7.1.36);
e) Phosphomevalonate kinase (EC 2.7.4.2);
f) Diphosphomevalonate decarboxylase (EC 4.1.1.33); 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate synthase DXS (EC: 2.2.1.7);
g) 1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate reductoisomerase DXR (EC: 1.1.1.1267);
h) 2-C-methyl-D-erythritol 4-phosphate cytidylyltransferase IspD (EC: 2.7.7.60);
i) 4-diphosphocytidyl-2-C-methyl-D-erythritol kinase IspE (EC: 2.7.1.1148);
j) 2-C-methyl-D-erythritol 2; 4-cyclodiphosphate synthase IspF (EC: 4.6.1.12);
k) 4-hydroxy-3-methylbut-2-en-1-yl diphosphate synthase IspG (EC: 1.7.7.7.1);
l) 4-hydroxy-3-methylbut-2-enyl diphosphate reductase (EC: 1.17.1.2); geranyl transferase Fps (EC: 2.5.1.10);
m) heptaprenyl diphosphate synthase (EC: 2.5.1.10);
n) Octaprenyl-diphosphate synthase (EC: 2.5.1.90);
o) Isoprene synthase (EC 4.2.27);
p) Isopentenyl-diphosphate Δ-isomerase (EC 5.3.3.2); and q) Farnesene synthase (EC 4.2.3.4/EC 4.2.3.4)
Selected from the group consisting of
Bacteria.
前記核酸の不在下で、細菌が酵素を発現しない、請求項1に記載の細菌。   2. The bacterium of claim 1, wherein the bacterium does not express an enzyme in the absence of the nucleic acid. 嫌気的条件下で酵素を発現する、請求項1に記載の細菌。   The bacterium according to claim 1, which expresses an enzyme under anaerobic conditions. メバロン酸経路またはDXS経路またはテルペン生合成経路の酵素をコードする核酸を含む酸化炭素栄養性酢酸産生細菌中で複製できるプラスミドであって、それによりプラスミドが前記細菌にある際に酵素が前記細菌により発現され、前記酵素が、
チオラーゼ(EC 2.3.1.9);
a) HMG−CoAシンターゼ(EC 2.3.3.10);
b) HMG−CoAレダクターゼ(EC 1.1.1.88);
c) メバロン酸キナーゼ(EC 2.7.1.36);
d) ホスホメバロン酸キナーゼ(EC 2.7.4.2);
e) ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ(EC 4.1.1.33);1−デオキシ−D−キシルロース−5−リン酸シンターゼ DXS(EC:2.2.1.7);
f) 1−デオキシ−D−キシルロース 5−リン酸レダクトイソメラーゼ DXR(EC:1.1.1.267);
g) 2−C−メチル−D−エリスリトール 4−リン酸シチジリルトランスフェラーゼ IspD(EC:2.7.7.60);
h) 4−ジホスホシチジル−2−C−メチル−D−エリスリトール キナーゼ IspE(EC:2.7.1.148);
i) 2−C−メチル−D−エリスリトール 2;4−シクロ二リン酸シンターゼ IspF(EC:4.6.1.12);
j) 4−ヒドロキシ−3−メチルブタ −2−エン−1−イル 二リン酸シンターゼ IspG(EC:1.17.7.1);
k) 4−ヒドロキシ−3−メチルブタ −2−エニル 二リン酸レダクターゼ(EC:1.17.1.2);ゲラニルトランストランスフェラーゼ Fps(EC:2.5.1.10);
l) ヘプタプレニル二リン酸シンターゼ(EC:2.5.1.10);
m) オクタプレニル−二リン酸シンターゼ(EC:2.5.1.90);
n) イソプレンシンターゼ(EC 4.2.3.27);
o) イソペンテニル−二リン酸Δ−イソメラーゼ(EC 5.3.3.2);および
p) ファルネセンシンターゼ(EC 4.2.3.46 / EC 4.2.3.47)
からなる群から選択される、
プラスミド。
A plasmid capable of replicating in a carbon-oxytrophic acetic acid producing bacterium comprising a nucleic acid encoding an enzyme of the mevalonate pathway or the DXS pathway or the terpene biosynthetic pathway, whereby the enzyme is transformed by the bacterium when the plasmid is in the bacterium Expressed and the enzyme is
Thiolase (EC 2.3.1.9);
a) HMG-CoA synthase (EC 2.3.3.10);
b) HMG-CoA reductase (EC 1.1.1.88);
c) Mevalonate kinase (EC 2.7.1.36);
d) Phosphomevalonate kinase (EC 2.7.4.2);
e) Diphosphomevalonate decarboxylase (EC 4.1.1.33); 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate synthase DXS (EC: 2.2.1.7);
f) 1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate reductoisomerase DXR (EC: 1.1.1.1267);
g) 2-C-methyl-D-erythritol 4-phosphate cytidylyltransferase IspD (EC: 2.7.7.60);
h) 4-diphosphocytidyl-2-C-methyl-D-erythritol kinase IspE (EC: 2.7.1.1148);
i) 2-C-methyl-D-erythritol 2; 4-cyclodiphosphate synthase IspF (EC: 4.6.1.12);
j) 4-hydroxy-3-methylbut-2-en-1-yl diphosphate synthase IspG (EC: 1.7.7.7.1);
k) 4-hydroxy-3-methylbut-2-enyl diphosphate reductase (EC: 1.17.1.2); geranyltransferase Fps (EC: 2.5.1.10);
l) Heptaprenyl diphosphate synthase (EC: 2.5.1.10);
m) Octaprenyl-diphosphate synthase (EC: 2.5.1.90);
n) Isoprene synthase (EC 4.2.27);
o) Isopentenyl-diphosphate Δ-isomerase (EC 5.3.3.2); and p) Farnesene synthase (EC 4.2.346 / EC 4.2.3.4)
Selected from the group consisting of
Plasmid.
COおよび/またはCOをイソプレンに変換する工程であって、
気体状のCO含有基質および/またはCO含有基質を培地中の酸化炭素栄養性酢酸産生細菌の培養物を含む生物反応器に通すことにより、細菌がCOおよび/またはCOをイソプレンに変換すること、および
前記生物反応器からイソプレンを回収すること
を含み、
酸化炭素栄養性酢酸産生細菌がイソプレンシンターゼを発現するよう遺伝的に改変されている、
工程。
Converting CO and / or CO 2 into isoprene, comprising:
Bacteria convert CO and / or CO 2 to isoprene by passing the gaseous CO-containing substrate and / or CO 2 -containing substrate through a bioreactor containing a culture of oxytrophic acetic acid producing bacteria in the medium. And isoprene recovery from the bioreactor,
The oxytrophic acetic acid producing bacterium is genetically modified to express isoprene synthase,
Process.
イソプレンシンターゼをコードする核酸を含む、単離され、遺伝的に改変された、型酸化炭素栄養性の、酢酸産生細菌であって、
それにより細菌がイソプレンシンターゼを発現し、かつ細菌がジメチルアリル二リン酸をイソプレンに変換できる、
細菌。
An isolated, genetically modified, oxytrophic, acetic acid producing bacterium comprising a nucleic acid encoding isoprene synthase,
Thereby bacteria can express isoprene synthase and bacteria can convert dimethylallyl diphosphate to isoprene,
Bacteria.
イソプレンシンターゼがPopulus tremuloidesの酵素である、請求項6に記載の単離され、遺伝的に改変された、酸化炭素栄養性の、酢酸産生細菌。   7. The isolated, genetically modified, carbon oxide-trophic, acetic acid producing bacterium of claim 6, wherein the isoprene synthase is a Populus tremuloides enzyme. 核酸が最適化されたコドンである、請求項6に記載の単離され、遺伝的に改変さた、酸化炭素栄養性の、酢酸産生細菌。   7. The isolated, genetically modified, carbon oxytrophic, acetic acid producing bacterium of claim 6, wherein the nucleic acid is an optimized codon. イソプレンシンターゼの発現がClostridium autoethanogenum由来のピルビン酸:フェレドキシンオキシドレダクターゼ遺伝子のプロモーターの転写制御下にある、請求項6に記載の単離され、遺伝的に改変された、酸化炭素栄養性の、酢酸産生細菌。   7. The isolated, genetically modified, carbon oxidative, acetic acid production of isoprene synthase under transcriptional control of a promoter of a pyruvate: ferredoxin oxidoreductase gene from Clostridium autoethanogenum Bacteria. COおよび/またはCOをイソペンテニル二リン酸(IPP)に変換する工程であって、
気体状のCO含有基質および/またはCO含有基質を培地中の酸化炭素栄養性酢酸産生細菌の培養物を含む生物反応器に通すことにより、細菌がCOおよび/またはCOをイソペンテニル二リン酸(IPP)に変換すること、および
生物反応器からIPPを回収すること
を含み、
酸化炭素栄養性酢酸産生細菌が、イソペンチル二リン酸デルタ イソメラーゼを発現するよう遺伝的に改変されている、
工程。
Converting CO and / or CO 2 to isopentenyl diphosphate (IPP), comprising:
By passing the gaseous CO-containing substrate and / or CO 2 containing substrate in bioreactors containing a culture of carbon oxides nutritive acid producing bacteria in the culture medium, isopentenyl diphosphate bacteria CO and / or CO 2 Converting to acid (IPP) and recovering IPP from the bioreactor,
The oxytrophic acetic acid producing bacterium has been genetically modified to express isopentyl diphosphate delta isomerase,
Process.
イソペンチル二リン酸デルタ イソメラーゼをコードする核酸を含む、単離され、遺伝的に改変された、酸化炭素栄養性の、酢酸産生細菌であって、
それにより細菌がイソペンチル二リン酸デルタ イソメラーゼを発現し、かつ細菌がジメチルアリル二リン酸をイソペンチル二リン酸に変換できる、
細菌。
An isolated, genetically modified, oxytrophic, acetic acid producing bacterium comprising a nucleic acid encoding isopentyl diphosphate delta isomerase comprising:
Thereby bacteria can express isopentyl diphosphate delta isomerase and bacteria can convert dimethylallyl diphosphate to isopentyl diphosphate,
Bacteria.
核酸がClostridium beijerinckii イソペンチル二リン酸デルタ イソメラーゼをコードする、請求項11に記載の単離され、遺伝的に改変された、酸化炭素栄養性の、酢酸産生細菌。   12. The isolated, genetically modified, oxytrophic, acetic acid producing bacterium of claim 11, wherein the nucleic acid encodes Clostridium beijerinckii isopentyl diphosphate delta isomerase. 核酸がClostridium autoethanogenum由来のピルビン酸:フェレドキシンオキシドレダクターゼ遺伝子のプロモーターの転写制御下にある、請求項11に記載の単離され、遺伝的に改変された、酸化炭素栄養性の、酢酸産生細菌。   12. The isolated, genetically modified, carbon oxide-trophic, acetic acid-producing bacterium according to claim 11, wherein the nucleic acid is under the transcriptional control of the promoter of the pyruvate: ferredoxin oxidoreductase gene from Clostridium autoethanogenum. 核酸がClostridium autoethanogenum由来のピルビン酸:フェレドキシンオキシドレダクターゼ遺伝子の転写制御下にありかつイソプレンシンターゼをコードする第2の核酸の下流にある、請求項11に記載の単離され、遺伝的に改変された、酸化炭素栄養性の、酢酸産生細菌。   12. The isolated and genetically modified of claim 11, wherein the nucleic acid is under transcriptional control of a pyruvate: ferredoxin oxidoreductase gene from Clostridium autoethanogenum and downstream of a second nucleic acid encoding isoprene synthase. A carbon-nutrient, acetic acid-producing bacterium. COおよび/またはCOをイソペンチル二リン酸(IPP)および/またはイソプレンに変換する工程であって、
気体状のCO含有基質および/またはCO含有基質を培地中の酸化炭素栄養性酢酸産生細菌の培養物を含む生物反応器に通すことにより、細菌がCOおよび/またはCOをイソペンチル二リン酸(IPP)および/またはイソプレンに変換すること、および
前記生物反応器からIPPおよび/またはイソプレンを回収すること
を含み、
酸化炭素栄養性酢酸産生細菌がデオキシキシルロース 5−リン酸シンターゼ(DXS)酵素をコードする核酸の増加されたコピー数をもつよう遺伝的に改変され、増加されたコピー数がゲノム当たり1より大きい、
工程。
Converting CO and / or CO 2 into isopentyl diphosphate (IPP) and / or isoprene,
By passing the gaseous CO-containing substrate and / or CO 2 -containing substrate through a bioreactor containing a culture of oxytrophic acetic acid producing bacteria in the medium, the bacteria remove CO and / or CO 2 with isopentyl diphosphate. Converting to (IPP) and / or isoprene, and recovering IPP and / or isoprene from the bioreactor,
Carbon-oxidizing nutrient acetic acid producing bacteria have been genetically modified to have an increased copy number of nucleic acid encoding deoxyxylulose 5-phosphate synthase (DXS) enzyme, the increased copy number being greater than 1 per genome ,
Process.
デオキシキシルロース 5−リン酸シンターゼ(DXS)の酵素をコードする核酸のゲノムあたり1より大きいコピー数を含む、単離され、遺伝的に改変された、酸化炭素栄養性の、酢酸産生細菌。   An isolated, genetically modified, oxytrophic, acetic acid producing bacterium comprising a copy number greater than 1 per genome of nucleic acid encoding the enzyme deoxyxylulose 5-phosphate synthase (DXS). イソプレンシンターゼをコードする核酸をさらに含む、請求項16に記載の単離され、遺伝的に改変された、酸化炭素栄養性の、酢酸産生細菌。   17. The isolated, genetically modified, oxytrophic, acetic acid producing bacterium of claim 16, further comprising a nucleic acid encoding isoprene synthase. イソペンチル二リン酸デルタイソメラーゼをコードする核酸をさらに含む、請求項16に記載の一般的に改変されている単離型酸化炭素栄養性酢酸産生細菌。   17. The generally modified isolated oxytrophic acetic acid-producing bacterium according to claim 16, further comprising a nucleic acid encoding isopentyl diphosphate delta isomerase. イソペンチル二リン酸デルタイソメラーゼをコードする核酸およびイソプレンシンターゼをコードする核酸をさらに含む、請求項16に記載の単離され、遺伝的に改変された、酸化炭素栄養性の、酢酸産生細菌。   17. The isolated, genetically modified, oxytrophic, acetic acid producing bacterium of claim 16, further comprising a nucleic acid encoding isopentyl diphosphate delta isomerase and a nucleic acid encoding isoprene synthase. ホスホメバロン酸キナーゼ(PMK)をコードする核酸を含む、単離され、遺伝的に改変された、酸化炭素栄養性の、酢酸産生細菌であって、それにより細菌がコードされた酵素を発現し、酵素が細菌にとって天然ではない、細菌。   An isolated, genetically modified, oxytrophic, acetic acid producing bacterium comprising a nucleic acid encoding phosphomevalonate kinase (PMK), whereby the bacterium expresses the encoded enzyme, Bacteria that are not natural to bacteria. 酵素が、Staphylococcus aureusの酵素である、請求項20に記載の単離され、遺伝的に改変された、酸化炭素栄養性の、酢酸産生細菌。   21. The isolated, genetically modified carbon oxide-trophic, acetic acid-producing bacterium of claim 20, wherein the enzyme is a Staphylococcus aureus enzyme. 酵素が1つ以上のC.autoethanogenumのプロモーターの制御下で発現される、請求項20に記載の単離され、遺伝的に改変された、酸化炭素栄養性の、酢酸産生細菌。   One or more enzymes with C.I. 21. The isolated, genetically modified, carbon oxide-trophic, acetic acid-producing bacterium of claim 20, expressed under the control of an autoethanogenum promoter. チオラーゼ(thlA/vraB)をコードする核酸、HMG−CoAシンターゼ(HMGS)をコードする核酸、およびHMG−CoAレダクターゼ(HMGR)をコードする核酸をさらに含む、請求項20に記載の遺伝的に改変された、酸化炭素栄養性の、酢酸産生細菌。   21. The genetically modified of claim 20, further comprising a nucleic acid encoding a thiolase (thlA / vraB), a nucleic acid encoding an HMG-CoA synthase (HMGS), and a nucleic acid encoding an HMG-CoA reductase (HMGR). It is an acetic acid-producing bacterium that is nutritious for carbon oxide. チオラーゼがClostridium acetobutylicumのチオラーゼである、請求項23に記載の単離され、遺伝的に改変された、酸化炭素栄養性の、酢酸産生細菌。   24. The isolated, genetically modified, oxytrophic, acetic acid producing bacterium of claim 23, wherein the thiolase is a Clostridium acetobutylic thiolase. ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ(PMD)をコードする核酸をさらに含む、請求項20に記載の単離され、遺伝的に改変された、酸化炭素栄養性の、酢酸産生細菌。   21. The isolated, genetically modified, oxytrophic, acetic acid producing bacterium of claim 20, further comprising a nucleic acid encoding diphosphomevalonate decarboxylase (PMD). αファルネセンシンターゼをコードする外来性核酸を含む、単離され、遺伝的に改変された、酸化炭素栄養性の、酢酸産生細菌。   An isolated, genetically modified, carbon oxide-trophic, acetic acid producing bacterium comprising an exogenous nucleic acid encoding alpha-farnesene synthase. 核酸がC.autoethanogenumでの発現のためにコドンが最適化されている、請求項26に記載の単離され、遺伝的に改変された、酸化炭素栄養性の、酢酸産生細菌。   The nucleic acid is C.I. 27. The isolated, genetically modified, carbon oxide-trophic, acetic acid producing bacterium of claim 26, wherein the codons are optimized for expression in an autoethanogenum. αファルネセンシンターゼがMalus x domesticaのαファルネセンシンターゼである、請求項26に記載の細菌。   27. The bacterium of claim 26, wherein the alpha farnesene synthase is Malus x domestica alpha farnesene synthase. ゲラニルトランストランスフェラーゼをコードする核酸セグメントをさらに含む、請求項26に記載の単離され、遺伝的に改変された、酸化炭素栄養性の、酢酸産生細菌。   27. The isolated, genetically modified, oxytrophic, acetic acid producing bacterium of claim 26, further comprising a nucleic acid segment encoding geranyl transferase. ゲラニルトランスフェラーゼ(gernayltranstransferase)がE.coliのゲラニルトランストランスフェラーゼである、請求項29に記載の単離され、遺伝的に改変された、酸化炭素栄養性の、酢酸産生細菌。   Geranyltransferase has been identified by E. coli. 30. The isolated, genetically modified, carbon oxide-trophic, acetic acid-producing bacterium of claim 29, which is an E. coli geranyltransferase. Clostridium autoethanogenum、Clostridium ljungdahlii、Clostridium ragsdalei、Clostridium carboxidivorans、Clostridium drakei、Clostridium scatologenes、Clostridium aceticum、Clostridium formicoaceticum、Clostridium magnum、Butyribacterium methylotrophicum、Acetobacterium woodii、Alkalibaculum bacchii、Blautia producta、Eubacterium limosum、Moorella thermoacetica、Moorella thermautotrophica、Sporomusa ovata、Sporomusa silvacetica、Sporomusa sphaeroides、Oxobacter pfennigii、およびThermoanaerobacter kiuviからなる群から選択される、請求項1、6、11、20、または26に記載の単離され、遺伝的に改変された、酸化炭素栄養性の、酢酸産生細菌。   Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii, Clostridium ragsdalei, Clostridium carboxidivorans, Clostridium drakei, Clostridium scatologenes, Clostridium aceticum, Clostridium formicoaceticum, Clostridium magnum, Butyribacterium methylotrophicum, Acetobacterium woodii, Alkalibaculum bacchii, Blautia producta, Eubacterium limosum, Moorella t from the group ermoacetica, Moorella thermotrophica, Sporomusa ovata, Sporomusa sylvaetica, Sporomusa sphaeroides, Oxobacter pfenigii, and thermoter 20 Modified, carbon oxide-trophic, acetic acid-producing bacterium.
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